浅谈雷达测量误差的产生原因及减小措施

康耀兴 井伟 王濬

摘要：雷达的出现，是由于战争需要的产物;雷达发展至今，已应用到生产生活的各个领域。不论是军用还是民用，不论是车载、舰载还是机载雷达;从最早的单脉冲雷达发展到现在的多手段融合雷达;雷达的测量误差一直是我们关注而且要减小的重要指标。通过多年来雷达的调试，我们就来探讨某一类地面架设雷达测量误差的产生原因及减小措施。希望能对我们雷达系统的调试起到有价值的参考。

关键词：雷达调平;标定;伺服系统;天线;温度

引言：

雷达系统不论是设计定型阶段还是生产阶段，减小测量误差提高测量精度永远是不变的目标。引起误差的原因很多;首先是雷达的调平，雷达伺服系统的精度（码盘精度、方位齿轮回差，高低角误差），雷达天线指向，标定，还有一年四季温度变化对雷达的影响等等。所以在设计和生产中尽量减小各个方面引起的误差，下面我就这几个重要影响雷达测量误差的引述分别进行讨论。

1雷达水平调整

雷达为了测量目标的信息通常是将雷达与被测目标放在同一个坐标系中，为了得到准确的目标信息，首先雷达要调整好水平，这样才能保证雷达有正确的指向（包括高低指向和方位指向），也就是说保证雷达的波束指向正确;雷达设计阶段定型阶段要考虑材料既轻便又有小的刚性形变;在生产阶段要保证这个雷达的水平，也就是雷达的天线、伺服系统等的水平，尤其是雷达在转动时保证方位360度每个角度都是水平的，如果是车载的还要考虑在车上时保证整体的水平，而且当长时间后还要考虑道车体的刚性形变发生形变，还要重新检查车体是否发生形变;雷达的水平虽然看起来简单，但是雷达的水平与否对雷达的测量精度影响非常大。

2雷达标定（光电轴校准）

雷达的标定有很多种方法，雷达应用的环境不同那标定方法也不同，但是目的为了精确定位。为了雷达得到高精度的目标位置，那么标定至关重要，精确标定可以减小雷达的系统误差;地面侦察雷达的标定主要有两点标定法、GPS加指北针定位法、加装GPS标定系统以及现在我国的北斗定位系统等等。

两点标定法是较早的、较原始的标定方法之一，两点标定法的原理是找一个相对孤立的参照物作为被测物，参照物距离雷达的位置不能太远也不能太近，保证用标定镜可以清晰的看到参照物，选定参照物后用高精度GPS测得参照物和雷达的大地坐标，在保证雷达水平的前提下，通过标定镜对准参照物，然后将雷达和参照物的坐标输入雷达，通过雷达软件计算确定雷达码盘的当前所在位置的正北位置，到此雷达的标定已经完成了;虽然看起来很简单，但是在雷达出厂前要做一项工作，那就是光电轴校准，光电轴校准的精度直接影响了雷达标定的精度，校准镜一般装在天线上，要么和高低法线重合要么和水平法线重合，即使这样也存在误差，除非将校准镜放在天线的中心，所以在标定计算时要将校准镜的误差补上，而且在用户使用时，标定参照物也要在一定的距离范围内，这样才能减小雷达的测量误差。

随着科技的发展，成本的下降，慢慢的雷达的标定也越来越简单，现在已经不用两点标定了，现在利用惯导系统即可实现雷达的标定，即及确定了雷达在大地坐标的位置也确定了雷达码盘在大地坐标的正北（也就是码盘的“0“位置），开始用GPS惯性系统，随着国家的强大，北斗组网完成，我国的北斗惯性系统已经普及。

3雷达天线

天线是雷达的眼睛，天线的好坏直接影响到雷达的精度、雷达的探测距离和雷达的分辨率等等;通常都认为天线的波束中心正好对准目标中心，即认为最大辐射方向对准目标，但实际工作中天线是扫描的，当天线波束扫过目标时收到的目标回波信号振幅按天线波束形状调制。天线的好坏直接影响到发射信号及接收信号的质量;天线生产时最重要的工作是测试天线的方向图，这样不论是电扫描还是机械扫描可以使天线波束的最大辐射方向对准目标，快速而准确的接收到最强的目标回波信号;虽然说起来简单，但是实际上天线方向图的测试过程枯燥而耗时，而且还要耐心和细心;例如：在某雷达天线在试验阶段测试方向图时测试是准确无误的，但是给整机提供方向图参数时频率指向差了很小的频率差，结果导致雷达测量的目标信息误差很大，经过细心的排查找到了问题所在，修改天线指向参数后误差消除了。

4雷达伺服系统（码盘精度、方位角齿轮回差、高低角误差）

伺服系统是控制雷达在高低和方位上运动，测量目标的各种运动参数的电子设装置，是典型的机电自动控制技术。“伺服系统”实际上是控制天线机械传动系统按设定的运动规律，去自动地转动天线去捕获、跟踪目标或使天线转动到某位置。伺服系统也被称为“随动系统”。伺服系统与其他控制系统的区别是被控制的输出量是机械位移（角位移）、速度（角速度）或加速度（角加速度）。

高精度的雷达伺服系统首先要选高精度的码盘，伺服系统是控制天线机械转动的机械装置，其次是好伺服系统齿轮的机械加工精度必须高，减小齿轮回差带来的误差;还有就是伺服系统在运动到静止、静止到运动过程中既要快速启动又要快速制动，要达到高精度的控制，那么控制系统的阻尼振荡要小;伺服系统是雷达搜索、捕获目标并跟踪、测定目标所在位置及各种运动参数的电子设备。快速捕获目标，按特定要求平稳跟踪目标，并精确定位是雷达最基本的要求，也是伺服自动控制设计和天线转动设计的基本要求。

5环境温度

一年四季环境温度对一般雷达的影响很小，但是对于特定天线的雷达就影响很大了，比如裂缝天线雷达，因为裂缝天线主要是由多根裂缝波导形成天线阵面，那么裂缝波导的材料会随着环境温度的变化，裂缝的大小随之而变化，即使加工精度很高，只能保证加工当时温度下的精度，当环境温度变化后，裂缝的大小也会发生变化，裂缝大小变了那么天线的指向就变了，那么随之雷达的测量精度就降低了;例如某雷达由于种种原因冬季生产调试的，但是到了夏季，同一部雷达在同一个场地复测光电轴时发现，方位的码盘值跑了几个密位，经过反复的实验，反复的验证，经过分析得出的结果是由于裂缝天线因环境温度的变化导致裂缝尺寸的变化引起的;实测发现为了减少环境带来的影响，我们做了大量的工作，通過一年多的测量实验，将一年四季的测量数据对比分析，通过讨论研究，为雷达增加温度补偿措施，从而降低了环境温度对此类雷达的影响。

6总结

综上所述，为了使雷达精确的测量目标在空间的位置，我们要将雷达的主要的战术参数和技术参数都要装订到最佳状态。首先要保证调整雷达水平、雷达精确标定、天线的波束形状增益和扫描方式、接收机的灵敏度、发射机功率等指标都要调整到设计的规定范围内。有些重要参数可能要不定期检查，摸索其随环境温度的变化规律，在参数装订时也要将这些因素考虑进去，始终使雷达工作在最佳状态，这样才会使雷达的系统误差变小，捕捉目标的能力和准确度更高。

参考文献

[1]丁鹭飞 耿富录 陈建春 《雷达原理》 电子工业出版社 2014

[2]张明友 汪学刚 《雷达系统》电子工业出版社 2016.10

[3]Mwrrill l.skolnik 主编 南京电子技术研究所 译  《雷达手册》（第三版）电子工业出版社 2010