二次监视雷达天线HPD-VPD优化测量及应用研究

民航青海空管分局 魏月军

二次监视雷达在民航空管领域的重要性勿需置疑，但由于该系统的复杂程度，决定了对其设备各级单元及系统整体性能的测试，带来了一定的难度。目前中国民航尚未建立起一套完整的、系统性的雷达综合测试系统，更不可能更多地去研究、优化系统测试方法。同时，目前民航有关部门正在建立空管设备系统测试评估平台，并且有关部门还在筹备建设雷达合资工厂，雷达天线性能测试系统作为其中的一个主要组成部分，如何更好地展开建设，是目前建设者需考虑的一个重要课题。由此，本文着重从二次雷达天线HPD/VPD测试方案进行研究。

1.二次监视雷达(SSR)工作原理

二次雷达为三脉冲体制，它的询问信号为脉幅调制(PAM)信号。询问脉冲由三个脉冲组成，Pl，P3脉冲为询问信息脉冲，由定向天线发射；P2脉冲为旁瓣抑制脉冲，由全向天线发射。按照P1和P3脉冲的时间间隔可以分为6种询问模式[1]，近代民航的航管二次雷达，一般只用A模式和C模式轮流询问，在雷达显示屏上同时显示出飞机的代号和高度。我们称这种雷达为A-C模式二次雷达。

2.二次监视雷达天线VPD/HPD测试方法及影响分析

二次雷达天线HPD（水平极化图）主要用于测量目标的方位，决定分辨同一距离不同方向上目标的能力和方位精度；VPD（垂直极化图）在二次监视雷达中用于保证不同高度层的距离覆盖，使在正确的高度角发现目标距离最大[2]。

图1 MSSR HPD下行链路测量数据图

图2 MSSR VPD下行链路测量数据图

目前对于二次雷达天线测量的方法主要有两种[3]：一种是远场法，通常称为外部测量法。把射频接收测量设备放于雷达天线作用范围内的某点，通过对二次雷达天线发射的电磁波进行检测，从而得出二次雷达天线水平波瓣图；另一种内部测量法，把测量设备接于雷达接收通道输入端进行检测。

2.1 外部测量法分析

外部测量法是日常对天线进行测试时常用的一种最直观的方法，也是最有效的方法，但同时应用在二次雷达天线测量中也存在着不足，通过二次雷达原理[2]可知，二次雷达系统工作时，只发射和(Σ)信号与控制信号(Ω)，而差(Δ)信号只用于接收。因此该方法只能测量和(Σ)通道与控制(Ω)通道的波瓣图，不能测量差(Δ)通道的波瓣，而差信号在判别目标方位角起着至关重要的作用。再者[3]，难以使两发射通道波瓣图实现较好的重叠。由于两通道是不同时刻辐射的电磁波，难以分辨各通道何时发射的电磁波，难以对两通道不同时刻发射的电磁波进行分离，继而增加了系统测量的难度和复杂性。

2.2 内部测量法

内部测量法从测量原理可知，它只能测量二次雷达天线三个通道接收时的波瓣特性，而无法测量发射时的波瓣特性。若天线上的某一列馈存在驻波，在天线接收时对波瓣的影响不会太大，但在发射时此列列馈对二次雷达天线波瓣的影响将变得较大，所以这种测量法并不能反映出二次雷达天线发射时真实的波瓣特性。

2.3 影响分析

二次监视雷达是一种高精密设备，A/C模式二次雷达代码数据项由八进制数转换。天线在使用一定时间后其精度都会有不同程度的下降，会使天线波瓣发生变形，影响到编码变更，导致飞机识别代码混乱，高度码产生误差，飞机方位不准确等一系列问题。综上所述分析，本文提出基于RASS—S测试软件结合外场测量法和内部测量法测量二次雷达现场信号，来获得实时有效的数据，真实地反映二次雷达工状态。

3.实验方案及测量数据分析

3.1 MSSR HPD链路测量

测试内容：MSSR HPD下行链路的测试

测试条件：从二次雷达系统注入测试信号，即从天线接收到信号后通过雷达系统面板上接入点连接衰减器，定向耦合器传输到RVR，最后输入到计算机中运行RASS-S软件进行处理。

通过RASS-S软件处理，获MSSR HPD下行链路天线方向图为图1所示。

从图1中可以看到：

3dB的波束宽度为2.26度，10dB的波束宽度为3.94度，和波束峰值与差波束交叉电平及度数为：-3.39dB/-1.27度，-3.89dB/1.24度，和波束峰值与控制波束的交叉电平及度数为：21.63dB/-2.65度，-21.18dB/2.79度。通过所测数据可知，基本符合雷达系统指标要求，只是和波束峰值与差波束交叉电平浮动范围比较大，通过此测量，可以帮助用户对差通道存在相位误差进行修正。

3.2 MSSR VPD链路测量

通过对校准接收机校准，射频端接入定向耦合器，注入测试信号，设置RASS-S成VPD测量，通过测量，经过RASS-S软件处理，结果如图2所示。

从图2中可以看到二次雷达的覆盖范围，完全符合雷达系统的批标要求，真实反映出雷达距离覆盖，为已建雷达站与待建雷达站布局提供更真实的工程实践数据。

4.结论

本论文结合民航空管雷达测试的现状，国内目前缺乏针对航管二次雷达天线波瓣测量的相关方案和设备，较难获得二次雷达天线瓣图，准确的判断二次雷达系统天线性能。通过对二次雷达天线VPD/HPD测试方法的分析，提出一个基于RASS-S的系统性的、经过初步优化了的天线VPD/HPD测试方案，并对所测结果进行了分析说明，证明了数据的可靠性和有效性，为确保空管二次雷达选址和设备正常运行提供理论依据与实践指导。

[1]Michael C Stevens.Secondary Surveillance Radar[M].America:Artech House Inc,1988:67-68.

[2]张尉.二次雷达原理[M].北京:国防工业出版社,2007:26.

[3]谢来阳.航管二次雷达天线波瓣测量的研究[D].广州:华南理工大学硕士学位论文,2005.