单脉冲二次雷达相位修正

单脉冲二次雷达相位修正
摘要本文介绍了单脉冲二次雷达的单脉冲工作原理,对空管目前主用的三种单脉冲二次雷达的和、差通道相位的测量、修正的方法进行阐述,并结合实践,提出了一些新的相位修正方法。

关键词雷达;相位;修正
中图分类号tn95 文献标识码a 文章编号
1674-6708(2010)30-0155-03
0 引言
随着2007年11月22日我国高空开始实施缩小垂直间隔(rvsm),对二次雷达获取目标信息的准确性要求越来越高,而对单脉冲二次雷达性能起决定性影响的是和、差接收通道的相位一致性,下面以我国空管目前主用的3种型号的mssr为例,对其和、差接收通道相位一致性的测量、修正方法进行初步探讨。

1 单脉冲原理
单脉冲二次雷达具有和、控制收发通道以及差接收通道,能够从应答机的一个应答信号中获取精确的目标方位信息。

差通道的接收信号由天线左右两边分别接收到的信号经过相减得到,通过比较和与差的信号幅度可得知目标在天线轴向前方或后方,得到的和差比(sdr)用于查表以提供偏离天线瞄准轴的角度(oba),通过提供轴向方位的oba值,就可得到一精确的目标方位,理论上只需一个脉冲就可计算出目标的方位即单脉冲,实际上需要一定数量的应答以确保送出的目标信息的可靠性。

图2是单脉冲二次雷达接收通路的简单框图,和、差相位一致性问题主要在天线输出至接收机鉴相器之间的接收通路中,其中主要包括了同轴电缆、旋转铰链、接收机模块等部件,这些部件都可能对和、差相位的一致性造成影响。

2 raytheon mk2
raytheon mk2单脉冲二次雷达的和、差通道相位一致性问题主要受几个方面的影响:同轴电缆、旋转铰链、接收机模块。

下面对3个影响要素进行分析并给出相位测量、修正的方法。

2.1 同轴电缆
二次雷达站大多建在山上,室外同轴电缆架一般不做封闭处理,大多直接架设在室外,在长期的山区昼夜温差、冬寒夏暖的温度变化条件下,同轴电缆会产生一定的热胀冷缩,加上电缆架设时的机械拉伸、弯曲、挤压等因素,这些都会引起同轴电缆的物理长度发生变化,从而改变了同轴电缆的相位长度。

如果和、差通道的相位差较大,超过raytheon mk2单脉冲二次雷达规定的±7°,使雷达出现和、差通道相位的一致性问题,对mssr的录取性能有较大的影响,必须进行人工相位修正。

这种变化是缓慢的、渐变的,不用专门仪器仪表检查无法发现,通常是在对雷达进行巡检、大修时才对和、差同轴电缆的相位长度进行测量。

2.2 旋转铰链
由于每个旋转铰链之间相应通道的连接馈线长度无法精确一致,这就使得在更换了不同的旋转铰链后,射频信号的传输长度也会有
所不同,因此一般在更换铰链后必须对单脉冲二次雷达的通道相位长度进行准确的测量,超出系统允许范围则必须做人工相位修正。

2.3 接收机
mk2雷达通过在接收机接口模块的相位检测器中相位修正板引入了相位修正功能。

当目标信号在靠近轴向(boresight)时,和、差信号的差别将会很大,由单脉冲原理可知,此时差信号很弱,则必需通过对数放大器的多段放大,信号强度才能达到器件能够处理的强度,因此所通过路径比和通道长很多,从而加大了差通道的相位延迟,
所以必须进行相位的修正。

2.4 传输通道相位测量
对三组测量值解三元一次方程,即可得出相应的通道相位值;也
可以使用网络分析仪的s11或s22模式来直接对每个通道进行相位测量,可以直接得出通道的相位值,但此方法在通道中间可能存在
开路(如因旋转铰链过度磨损导致中间开路)的情况下测量值不准确,通过比较即可得出三通道间的相位差。

参考mk2单脉冲二次雷达安装手册规范,如若通道相位差别超过±7°,则需人工裁剪同轴电缆来修正相位差。

2.5 同轴电缆相位修正
mk2单脉冲二次雷达每个通道的传输同轴电缆通常由一段长距离、大尺寸的主电缆及若干段短距离、小尺寸的连接电缆组成。

图四是传输的同轴电缆的示意图,同轴电缆通常由铜芯、物理发泡泡沫、外导体铜带、外绝缘保护层组成,此类同轴电缆所配的n型接
头都需要依赖于外导体铜带冲槽所形成的波浪形螺纹来紧固其接头,这就决定了其所能修正的相位误差的精度取决于外导体铜带的波浪螺纹的间隔长度。

二次雷达接收频率f为1090mhz,射频信号传播速度c为300,000,000m/s,由公式λ=c/f可知,信号的波长λ
=275mm,以1/2英寸的同轴电缆为例,波浪螺纹的间隔大约是5mm,则螺纹间的相位长度为7°左右,所以人工相位修正的精度即为7°。

通过人工修正三个通道之间的相位差,使之误差在7°以内,小于7°的相位差别在同轴电缆上做修正较为困难。

3 thales rsm970s
thales rsm970s单脉冲二次雷达从天线输出端到双通道射频切换开关处的相位问题与mk2雷达基本一样,都是通过同轴电缆的裁剪来做和、差相位粗调,不同的是在差通道射频切换开关之前接入了一个270°的移相器(如图六右侧所示),来修正此部分由于同轴电缆长度的差别引起的和、差相位差别,此移相器的相位修正精度比裁剪同轴电缆的精度高很多。

同样可用上述方法通过外接网络分析仪来准确测量和、差、控制通道之间的相位差。

而通道射频切换开关之后的和、差相位修正主要是靠在差通道射频切换开关与接收环路器之间接入固定角度的移相器(2°~5°),如图五所示,来修正由于和、差通道接收机工艺精度引起的相位差别。

rsm970s雷达通过iris-lds软件上选中一个目标,打开此目标的oba窗口图,如图六所示,通过观察oba图曲线的直线性、位置、斜
率来判断系统的和、差相位一致性,若所有目标的oba图曲线都比较差,则需要人工来调整差通道中的移相器相位;若双通道目标的oba图曲线都存在问题,则调整270°移相器来修正;若单一通道的问题则可更换不同度数的2°~5°移相器来修正。

4 alenia sir-m
alenia sir-m单脉冲二次雷达和、差通道的相位一致性由两部分组成,一部分是从天线输出端到各自通道的限幅耦合(lic)模块输入端;另一部分是限幅耦合模块到鉴相(phade)模块。

4.1 和、差相位粗调
由于和、控制通道的收发环路器的方向性问题,使得无法直接用外接网络分析仪的方法来测量,只能分两段来测量。

射频切换开关到天线段与mk2雷达中使用的网络分析仪测量方法相同,而射频切换开关到限幅模块段则必须用s21或s12模式,使网络分析仪的发射端接机柜顶切换开关处,接收端接输入到限幅耦合模块前的同轴电缆,分别切换不同的通道即可得到两个通道的值;再将得出各段的相位值各自相加即能得出每个通道的准确相位值,通过接入不同相位长度的移相线后,来实现此部分和、差通道相位的一致。

4.2 和、差相位微调
lic至phade部分的和、差相位一致性靠系统内建的测试信号进行人工调整来保障。

图七是sir-m 雷达和、差通道接收机相位处理的简单框图,信号产生模块产生的内部测试脉冲信号从限幅耦合模块分别注入和、差接收通道,经过射频放大、预中频混频、相幅均
衡(apacor)、对数中放的一系列信号处理后送到phade,用于产生指示目标偏离天线中心线左或右的符号信息sign(j7口),送到控制录取器。

phade模块的j1口是用于系统调试的测试口,用测试电缆加75欧中止器连接j1口与示波器,可以观察和、差通道的相位匹配情况。

相位一致时j1口输出波形如图九(c)所示,测试脉冲信号的顶部与0v基准相切,如果和、差通道相位不一致,则测试脉冲信号顶部高于或低于0v基准,如图九(a)、(b)所示,相位差的特征值是8mv/度。

系统自带的手动相位修正功能是在相幅均衡模块中,和、差通道分别带有一个0°~90°的移相器,一般在模块相位变动不大的情况下均可通过此两移相器修正使和、差相位一致。

4.3 调整的新方法
sir-m雷达在平常工作中,其接收机模拟部分模块故障率比较高,这些模块在维修过程中,更换了晶体管、电阻、电容、电感等元器件,可能会改变模块在接收通道中原有的相位长度。

若模块维修更换的器件较多,或更换较多模块,可能调整双通道的移相器仍无法将此部分的和、差相位修正到一致,遇此情况,可在对数中放输出口(j4)至phade输入口之间加入移相线,根据相位的差异大小接入不同度数的移相线,然后再调整相幅均衡模块的移相器,通过多次组合调整使和、差相位一致。

用此相位调整方法可以解决国产、进口对数中放模块同时混用的问题,使之和、差通道相位一致,同时又能保证sir-m二次雷达的正常运转。

5 结论
3个不同型号的单脉冲二次雷达的相位修正方法各有差异,但也存在一定的相通之处。

alenia sir-m雷达的相位修正方法则比较多,通过加入不同长度的移相线的粗调、在apacor模块上细调及外接输入测试脉冲配合移相线、apacor模块来进行整个雷达和、差通路的统调,需要用户做相位修正的时候比较多,方法也较复杂;用户可以通过phade模块的告警灯状态、外接示波器观察测试脉冲的位置或在本地目标显示终端来判断雷达目标的相位一致性,对存在雷达目标相位一致性问题时能够比较准确判断出故障的原因所在。

参考文献
[1]二次雷达设备.苏志刚编.
[2]raytheon mk2 technical manual.
[3]thales rsm970s technical manual.
[4]alenia sir-m technical manual.。