SIR-S型二次雷达方位角测量方法的分析和研究

董正宏



SIR-S型二次雷达方位角测量方法的分析和研究

董正宏

民航宁夏空管分局，宁夏 银川 750009

单脉冲二次雷达广泛运用于空中交通管制系统中。单脉冲技术在二次雷达中的运用，极大的提高了二次雷达的测角精度，还可以有效的抑制二次雷达运行中常出现的异步干扰、询问机过载等问题。本文就意大利selex公司的SIR-S二次雷达的测角过程进行分析，将对单脉冲二次雷达的研究具有重要的意义。

二次雷达；测角；单脉冲技术；和通道；差通道；相位检测

引言

二次雷达是以地面设备询问和机载应答的方式实现目标定位的，相比一次雷达而言，可以得到更丰富的飞机信息。但是常规二次雷达通过滑窗检测求平均值的方式来得到飞机的角度，这样就会导致测角精度较低，一般不优于0.25°。单脉冲技术运用到二次雷达中，只需要一次有效询问通过和差信号的相位关系就可以精确的测量应答脉冲偏离天线瞄准轴的角度，从而大大提高了二次雷达的测角精度，本文所讲的SIR-S二次雷达的测角精度可以达到0.037°。

1 单脉冲二次雷达测角原理

单脉冲技术是一种精确测角技术，理论上讲，只需要一个有效的应答码串就能精确的测量目标的方位角。如图1所示，图中画出了天线和波束和差波束，根据图中可以知道，要测量飞机的方位角，需要得到以下三个信息：

（1）天线主瓣瞄准轴与正北基准方向的夹角；

（2）飞机偏离瞄准轴方向的夹角；

（3）飞机偏离瞄准轴的左边还是右边，即符号信息。

图1 单脉冲二次雷达测角原理

根据图示，单脉冲技术二次雷达测角公式如下：

飞机方位角=天线主瓣偏移正北方向夹角+/-飞机偏离主瓣方向夹角….………(1)

式中，天线主瓣偏移正北方向夹角是通过天线方位编码器得到；+/-表示飞机方位是偏向主瓣左边还是右边；飞机偏离主瓣方向夹角通过和、差信号相位比较得到。

图2 单脉冲二次雷达和差信号产生示意图

如图2所示，假设单脉冲二次雷达使用的时LVA天线，便可以等效成两个辐射源，设它们之间的间距为。假设两个等效辐射源接收到的应答信号强度相同。由于到达两辐射源的波程差不同，从而导致相位不同，大小可以表示为：

如图3所式，对和信号和差信号的矢量图进行分析，可以得到以下关系：

再经过相位检测和信号和差信号，便可以得到相应的符号信息。通过归一化和信号和差信号，进行幅度比较，便可以得到相应的相位差，从而计算出目标偏离瞄准轴角度。

2 SIR-S二次雷达测角方法分析

2.1 SIR-S二次雷达接收机工作过程介绍

SIR-S二次雷达接收机框图如下图所示，工作过程简述如下：接收机端口接收到和通道、差通道、控制通道三个信号，每个通道分别独立处理信号，经过前置滤波器、限幅耦合器、低噪音放大器进行1090MHz高频信号的处理，然后与来自发射机的1030MHz的本振信号进行混频，从而得到60MHz的中频信号，然后经过对数放大器，再分别将各通道的输出信号输入RPCM模块，对应答信号进行处理。在整个信号的处理过程中，三个通道通过相位幅度校准器的调节来保持通道信号相位、振幅的的一致性特性。

由于在频率较高时，信号谐波多，稳定性不强，不易进行鉴相，于是在对数中放后从和、差通道取出两路信号，通过相位比较器从而得到相位符号信息。

图4 SIR-S二次雷达接收机框图

2.2 SIR-S二次雷达测角过程分析

（1）天线瞄准轴偏离正北方向夹角的获得

天线瞄准轴偏离正北方向夹角是通过天线基座中的方位编码器定时向雷达主机RPCM发送ARP、ACP信号，由RPCM对信号进行处理，然后得到夹角。ARP信号为天线正北方向基准信号，ACP为天线瞄准轴转动后的方位信息，ACP和ARP由天线编码器传到录取器中，录取器由接收到ARP信号即开始计数，读取ACP的取值，这样就可以得到天线瞄准轴偏向正北方向的夹角。

在编码器控制端可以对编码器进行初始调节，即在控制端上有S1、S2、S3、S4调节按钮，可以对雷达调试时正北方向校准进行调整。其中四个调节旋钮中，S2、S4是对编码器B的调整，S3、S4是对编码器A的调整，S4为微调，S2、S3为粗调。其中调整时刻度对应的角度变化如下表。

表1 编码器控制板刻度对应角度表

（2）飞机偏离瞄准轴符号信息的获得

图5 SIR-S二次雷达相位符号信息形成示意图

假设本振信号为：

则经过混频过后，可以得知中频信号分别为：

然后对和通道中频信号和差通道中频信号进行相位检测，即相位检测器进行模拟乘法器相乘实现和信号和差信号卷积：

然后经过低通滤波器可以得到相位检测器的输出电压为：

通过分析相位检测器的输出电压，便可以得到飞机偏离瞄准轴方向的符号信息。然后将符号信息输入到录取器中进行处理。

（3）飞机偏离瞄准轴角度的获得

将结果送至录取器中进行A/D转换，通过查询内部存储的相位差和偏离瞄准轴角度的函数关系表（函数关系图如图6）就可以得到得到飞机偏离瞄准轴方向的角度值。

图6 和、差信号电压比值与偏离瞄准轴角度关系曲线图

综上所述，通过雷达询问机接收单元和RPCM的信号处理和数据处理，三要素的结果都得到，通过公式(1)便可以计算出飞机的方位信息。由此可见，二次雷达采用单脉冲技术只需要一次有效的询问和应答就能得到飞机的方位角度，与普通二次雷达相比，可以极大的降低地面询问机的询问率，从而减少二次雷达中常常出现的干扰等问题。

3 结语

本文详细的讲解了单脉冲二次雷达的测角原理，并结合意大利selex公司的SIR-S二次雷达对测角过程进行分析，对二次雷达的分析和研究具有重要的意义，对单脉冲技术也会具有更加深刻的认识。

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ANALYSIS OF AZIMUTH MEASUREMENT OF SECONDARY RADAR（SIR-S）

Dongzhenghong

Ningxia branch of civil aviation air traffic control, Yinchuan Ningxia 750009

The Monopulse SSR is widely used in air traffic control system .Monopulse technology being used in the SSR is greatly improving the azimuth measurement accuracy, but also can inhibit the FRUIT and TX overload. It will be good for understanding Mono-pulse SSR by this article.

SSR Measurement of Azimuth Monopulse technology channel channel Phase detection

TN958.96

A

1009-6434(2016)09-0054-03