CN108120964A - 动态测试二次雷达本机时延数据提高测距精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动态测试二次雷达本机时延数据提高测距精度的方法，利用本发明可以显著提高二次雷达系统的测距精度。本发明通过下述技术方案予以实现：询问机和应答机将本机的射频电缆长度带来的延时存入非易失性存储器中，周期性地自动发送检测信号测试收发延时，动态测量引入现有系统测距误差的因素，将从发射通路发出经接收通路耦合回来的信号进行解码和延时测试，计算询问机和应答机本机各自的收发延时，将周期性测试的收发延时和安装时测试的射频电缆延时相加作为本机的内部延时；在询问应答机过程中各自扣除本机的内部延时，自动使用最新的内部延时数据，询问机将计算的最终延时除以2再乘以光速，对询问机与应答机之间的距离进行测距。

Description

动态测试二次雷达本机时延数据提高测距精度的方法
技术领域
本发明是关于二次雷达系统中采用询问应答方式工作时，通过动态测试本机内部延时数据、在询问应答过程中各设备自动扣除本机延时来提高系统测距精度的处理方法。
背景技术
在空中交通管制系统中，单脉冲二次监视雷达可提供合作目标的方位、距离、高度和识别等信息。二次雷达系统包括询问机和应答机，询问机用于发送经调制、编码的询问信号，接收、解码应答信号。应答机用于接收、解码询问信号，发射经调制、编码的应答信号。二次雷达系统通常采用双向数据链路直接询问应答协同方式工作获取目标航迹信息，询问机根据询问信号与应答信号之间的延时来进行测距。询问机和应答机主要采用数字处理电路产生询问和应答的基带信号，通过收发通道进行基带信号与射频信号之间的转换，并通过天线进行无线收发。询问机根据系统信号格式规定发送询问信号，应答机收到询问信号后，从询问信号中提取帧同步标识来确定询问信号发送时间，并按照规定进行延时后，在约定的位置发送应答信号；询问机收到应答信号后，提取其同步标识，通过测量询问信号与应答机应答的同步延时，计算询问机与应答机之间的距离。询问和应答信号的发射参数是以时间结构体系内的时隙、子时隙为基础的，即每次询问要先选定某一发射时隙，时隙主要用于收发双方正确的发射与接收，根据时间同步系统原理，应答机可以根据自身的时间参数来接收询问信号。应答机收到询问信号后，根据系统信号格式规定获取确定性延时，在应答窗内随机选择一个应答时隙，将确定性延时和随机选择应答时隙的随机延时相加作为应答延时，应答机在相应应答延时后发送应答信号。
询问机与应答机之间的延时T包含以下内容：询问机的发送处理延时(即询问信号的选定的发送时间起始点与其从天线辐射的射频包络之间的延时)；询问机与应答机之间的距离延时(空中传播时间)；应答机接收支路中的射频/中频延时(如滤波器造成的延时，与温度有关)；应答机接收支路中的同步处理延时(如相关器引发的延时，本地时钟与接收信号不同步等)；确定应答窗位置的确定性延时；应答窗起始标志与应答信号选定的发送时隙位置之间的随机延时(由随机数产生，有的系统中不含该延时)；应答机中应答信号选定发送时间的起始点与其射频包络之间的发送处理延时；应答机与询问机之间的距离延时(空中传播时间)；询问机接收支路中的射频/中频延时(如由滤波器等造成的延时，与温度有关)；询问机接收支路中的同步处理延时(如相关器引发的延时，本地时钟与接收信号不同步等)。因此询问机所测定的整个延时：T＝(询问机Tx处理延时)+(询问机至应答机距离延时)+(应答机射频/中频延时)+(应答机同步处理延时)+(应答机确定性延时)+(应答机随机延时)+(应答机Tx处理延时)+(应答机至询问机距离延时)+(询问机射频/中频延时)+(询问机同步处理延时)。
目前，二次雷达系统中应答机不自动扣除接收和发射处理延时，主要依靠询问机来进行处理延时的扣除。询问机通过开机后的闭环自测试测量本机的收发延时，不考虑射频电缆带来的延时，也不考虑运行过程中温度变化带来的延时误差。询问机在测距时，主要将本机的收发延时开机测试值和应答机的处理延时估计值进行扣除，测距结果误差较大，引入的误差包括询问机射频电缆长度带来的误差、应答机射频电缆长度带来的延时与估计值之间的误差、不同应答机收发处理延时与估计值之间的误差、温度变化带来的收发通道延时误差等。尤其是部分舰载平台，射频电缆长度长达数十米，导致现有二次雷达系统的测距精度较低。
综上所述，二次雷达系统需要采用询问机和应答机各自进行内部时延自动测量、自动补偿的方式，使不同应答机能自动扣除本机动态测试的内部延时，询问机不需估计应答机的内部延时、自动扣除本机动态测试的内部延时，来共同提高系统的测距精度。
目前，国内外还没有二次雷达系统询问机和应答机分别自动动态测量内部延时、分别自动补偿内部延时技术来提高测距精度的相关文献报道和资料。
发明内容
本发明的任务是提供一种在二次雷达系统采用询问应答方式工作时，能够提高二次雷达系统的测距精度，并能消除原有二次雷达系统测距时引入的误差，各设备自动测量内部延时、自动补偿内部延时提高系统测距精度的处理方法。
本发明的上述目的可以通过以下介绍方案予以实现，一种动态测试二次雷达本机时延数据提高测距精度的方法，其特征在于包括如下步骤：询问机和应答机将本机的射频电缆长度带来的延时存入非易失性存储器中，询问机和应答机开机后，自动读取本机的射频电缆延时，并周期性地自动发送检测信号测试收发延时，执行本机收发延时测试，动态自动测量引入现有系统测距误差的因素，将从发射通路发出经接收通路耦合回来的信号进行解码和延时测试，计算询问机和应答机本机各自的内部延时，将周期性测试的收发延时和安装时测试的射频电缆延时相加作为本机的内部延时；询问机和应答机在询问应答过程中各自扣除本机的内部延时，自动补偿内部延时，自动使用最新的内部延时数据，询问机将计算的最终延时除以2再乘以光速，对询问机与应答机之间的距离进行测距。
本发明的有益效果在于，提高了二次雷达系统的测距精度。本发明利用询问机、应答机各自的处理能力，将引入现有系统测距误差的因素进行动态、自动测量和补偿，使各询问机和应答机能准确测量包括射频电缆长度、温度变化等因素相关的内部延时，应答机发送应答信号时自动扣除内部延时，保证了天线辐射的应答信号相对于无线询问信号的时间间距满足系统信号格式规定；询问机不用考虑不同应答机的延时误差，在测距时仅需自动扣除本机的准确内部延时。通过询问机和应答机各自的内部时延自动补偿来达到提高二次雷达测距精度的目的。
能够消除原有二次雷达系统测距引入的误差。本发明询问机和应答机将本机的射频电缆长度带来的延时存入非易失性存储器中。开机后，询问机和应答机自动读取射频电缆延时，并周期性自动发送检测信号测试收发延时，计算得到各设备的内部延时。询问机和应答机在询问应答过程中自动使用最新的内部延时数据，各自扣除本机的内部延时，使无线应答信号与无线询问信号之间的延时满足系统信号规定，消除原有二次雷达系统测距时引入的误差，提高测距精度。本发明具有简便、实用的特点。
附图说明
下面结合附图和实施举例对本发明进一步说明。
图1是本发明二次雷达系统询问应答过程中的测距工作流程图。
具体实施方式
参阅图1。1)询问机和应答机的接收通路、发射通路与天线之间通过射频电缆连接时，射频电缆长度带来的延时会引入到系统延时测量中。询问机和应答机各自计算射频电缆长度带来的延时，设置为询问机和应答机各自的电缆延时。询问机和应答机的接收通路、发射通路与天线之间不采用射频电缆连接，采用直接连接方式时，电缆延时为0。
2)询问机和应答机开机后，动态周期性地进行收发延时自测试，周期性地执行本机收发延时测试，用数字处理电路控制将从发射通路发出经接收通路耦合回来的信号进行解码和延时测试，记录本机的收发延时，收发延时＝Rx处理延时+Tx处理延时，其中，Rx处理延时包括RF/IF延时和同步处理延时，内部延时＝2×电缆延时+收发延时。Rx表示接收，Tx表示发送。
3)询问机发送询问信号时，询问机数字处理电路发送询问基带信号，记录询问基带信号发送的时间，询问基带信号经过Tx处理延时、电缆延时后通过天线发送无线询问信号。询问机发送询问信号后，根据信号格式规定获取应答机确定性延时，将基带询问信号发送时间加上应答机确定性延时后得到应答窗开启时间，到达应答窗开启时间后，开启应答窗，等待接收应答信号。
4)询问机发送的询问信号经空间距离延时到达应答机，应答机经天线收到无线询问信号后，进行射频信号与数字信号转换，对转换后的信号进行解调、解码，获得询问信号帧同步标识，记录该时间，作为应答机收到询问信号的时间，该时间包含了应答机电缆延时、含RF/IF延时和同步处理延时的Rx处理延时，其中，RF表示射频，IF表示中频。
5)应答机发送应答信号时，根据系统信号规定取得应答机确定性延时，经确定性延时后到达应答窗位置，在应答窗内随机选择一个应答时隙，该应答时隙带来的延时为应答机随机延时，将应答机确定性延时和随机延时相加作为应答延时，应答机数字处理电路发送的基带应答信号时间＝收到询问信号帧同步标识的时间+应答机确定性延时+应答机随机延时-应答机内部延时。应答机通过天线发送无线应答信号，通过自动补偿本机内部延时，使应答机收到的无线询问信号与发送的无线应答信号之间的时间间隔满足信号格式规定。
6)应答机发送的应答信号经空间距离延时到达询问机，询问机收到无线应答信号后，进行射频信号与数字信号转换，对转换后的信号进行解调、解码，获得应答信号帧同步标识，记录该时间，作为询问机收到应答信号的时间，并从应答信息中获得应答时隙号，根据应答时隙号计算得到应答机随机延时。询问机发送询问信号、接收应答信号后，测得的应答帧同步标识信号与基带询问信号之间的延时为Ta＝询问机Tx处理延时+询问机至应答机距离延时+应答机确定性延时+应答机随机延时+应答机至询问机距离延时+询问机Rx处理延时+(2×电缆延时)，需扣除信号格式规定的确定性延时和所选应答时隙决定的随机延时，并扣除询问机本机的内部延时(收发延时＝Rx处理时延时+Tx处理延时+同步处理延时，内部延时＝2×电缆延时+收发延时)，得到询问信号与应答信号之间的实际延时Td，Td＝Ta-应答机确定性延时-应答机随机延时-(2×电缆延时+收发延时)，Td为询问机与应答机之间距离的两倍距离延时，计算询问机与应答机之间的距离D＝Td×C÷2，其中，C为光速。
根据本发明，询问机和应答机安装时测量其射频电缆长度，将射频电缆带来的延时设置为设备的电缆延时。其次，询问机和应答机开机后，周期性地执行本机收发延时测试，用数字处理电路控制将从发射通路发出经接收通路耦合回来的信号进行解码和延时测试，记录本机的收发延时，并将周期性测试的收发延时和安装时测试的电缆延时相加作为本机的内部延时。然后，询问机发送询问，询问机记录本机数字处理电路发送基带询问信号的时间。应答机收到询问后，记录收到询问的时间，根据信号格式规定的应答延时计算应答发送时间，将应答发送时间减去应答机内部延时得到应答机数字处理电路发送基带应答信号的时刻，应答机数字处理电路控制在该时刻发送基带应答信号。最后，询问机收到应答信号后，根据信号格式规定扣除应答延时后，减去本机内部延时，将得到的最终延时除以2再乘以光速，对询问机与应答机之间的距离进行测距。

Claims (9)

1.一种动态测试二次雷达本机时延数据提高测距精度的方法，其特征在于包括如下步骤：询问机和应答机将本机的射频电缆长度带来的延时存入非易失性存储器中，询问机和应答机开机后，自动读取射频电缆延时，并周期性地自动发送检测信号测试收发延时，执行本机收发延时测试，动态自动测量引入现有系统测距误差的因素，将从发射通路发出经接收通路耦合回来的信号进行解码和延时测试，计算询问机和应答机本机各自的收发延时，将周期性测试的收发延时和安装时测试的射频电缆延时相加作为本机的内部延时；询问机和应答机在询问应答过程中各自扣除本机的内部延时，自动补偿内部延时，自动使用最新的内部延时数据，询问机将计算的最终延时除以2再乘以光速，对询问机与应答机之间的距离进行测距。
2.根据权利要求1所述的动态测试二次雷达本机时延数据提高测距精度的方法，其特征在于：询问机发送询问信号，应答机收到询问信号后，记录收到询问的时间，根据信号格式规定的应答延时计算应答发送时间，应答机将应答发送时间减去应答机内部延时，得到应答机数字处理电路应发送应答的时刻，应答机数字处理电路控制在应发送时刻发送应答信号；询问机收到应答信号后，根据信号格式规定扣除应答延时后，减去本机内部延时，将得到的最终延时除以2再乘以光速，对询问机与应答机之间的距离进行测距。
3.根据权利要求1所述的动态测试二次雷达本机时延数据提高测距精度的方法，其特征在于：询问机和应答机开机后，动态周期性地进行收发延时自测试，周期性地执行本机收发延时测试，用数字处理电路控制将从发射通路发出经接收通路耦合回来的信号进行解码和延时测试，计算本机的收发延时，收发延时＝Rx处理延时+Tx处理延时，其中，Rx处理延时包括RF/IF延时和同步处理延时，内部延时＝2×电缆延时+收发延时。
4.根据权利要求1所述的动态测试二次雷达本机时延数据提高测距精度的方法，其特征在于：询问机发送询问信号时，询问机数字处理电路发送询问基带信号，记录询问基带信号发送的时间，询问基带信号经过Tx处理延时、电缆延时后通过天线发送无线询问信号；发送询问信号后，根据信号格式规定获取应答机确定性延时，将基带询问信号发送时间加上应答机确定性延时后得到应答窗开启时间，到达应答窗开启时间后，开启应答窗，等待接收应答信号。
5.根据权利要求1所述的动态测试二次雷达本机时延数据提高测距精度的方法，其特征在于：询问机发送的询问信号经空间距离延时到达应答机，应答机经天线收到无线询问信号后，进行射频信号与数字信号转换，对转换后的信号进行解调、解码，获得询问信号帧同步标识，记录该时间，作为应答机收到询问信号的时间，该时间包含了应答机电缆延时、含RF/IF延时和同步处理延时的Rx处理延时。
6.根据权利要求1所述的动态测试二次雷达本机时延数据提高测距精度的方法，其特征在于：应答机发送应答信号时，根据系统信号规定取得应答机确定性延时，经确定性延时后到达应答窗位置，在应答窗内随机选择一个应答时隙，当该应答时隙带来的延时为应答机随机延时，将应答机确定性延时和随机延时相加作为应答延时，应答机数字处理电路发送的基带应答信号时间＝收到询问信号帧同步标识的时间+应答机确定性延时+应答机随机延时-应答机内部延时，其中，应答机内部延时＝Rx处理时间+Tx处理时间+2×电缆延时。
7.根据权利要求1所述的动态测试二次雷达本机时延数据提高测距精度的方法，其特征在于：询问机发送询问信号、接收应答信号后，测得的应答帧同步标识信号与基带询问信号之间的延时为Ta，扣除信号格式规定的确定性延时和所选应答时隙决定的随机延时和询问机本机的内部延时，得到询问信号与应答信号之间的实际延时Td，Td＝Ta-应答机确定性延时-应答机随机延时-(2×电缆延时+收发延时)，Td为询问机与应答机之间距离的两倍距离延时，计算询问机与应答机之间的距离D＝Td×C÷2，其中，C为光速。
8.根据权利要求1所述的动态测试二次雷达本机时延数据提高测距精度的方法，其特征在于：询问机所测定的询问信号与应答信号之间的延时Ta＝询问机Tx处理延时+询问机至应答机距离延时+应答机确定性延时+应答机随机延时+应答机至询问机距离延时+询问机Rx处理延时+(2×电缆延时)，其中，询问机Rx处理延时＝询问机RF/IF延时+询问机同步处理延时；询问机内部延时＝询问机Tx处理延时+询问机RF/IF延时+询问机同步处理延时+(2×电缆延时)。
9.根据权利要求1所述的动态测试二次雷达本机时延数据提高测距精度的方法，其特征在于：询问机发送询问，应答机收到询问后，应答机数字处理电路从询问信号中提取帧同步标识来确定询问信号发送时间，记录为收到的询问帧同步时间，并选择应答窗内的应答发送时隙，根据信号格式规定获取应答机确定性延时和应答发送时隙决定的随机延时，应答机数字处理电路将收到的询问信号帧同步时间与应答机确定性延时、应答机随机延时相加得到应答信号发送时间。
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