CN112485769B - 一种基于相控阵二次雷达波束自适应修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相控阵二次雷达波束自适应修正方法，属于雷达探测的技术领域，该修正方法包括：S1：根据天线测试远场要求，架设应答模拟器并将应答模拟器与二次雷达主机设置到相同的询问应答工作模式；S2：二次雷达主机通过阵列天线与应答模拟器作信号传递，并计算应答模拟器相对正北方向的方位值X₀；S3：以应答模拟器的方位值X₀为基准方位，计算阵列天线的各个波束在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的测试方位θ′_ij；S4：计算阵列天线的法向波束B₀指向的系统误差Δ，并通过系统误差Δ计算阵列天线的各个波束在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的实际方位θ″_ij，以达到提高二次雷达的探测性能的目的。

Description

一种基于相控阵二次雷达波束自适应修正方法

技术领域

本发明属于雷达探测的技术领域，具体而言，涉及一种基于相控阵二次雷达波束自适应修正方法。

背景技术

二次雷达能够精确探测飞机的方位、高度、速度信息，广泛运用于军民航路飞行监视、日常及军演飞行保障等空中交通管制领域。特别是采用大型相控阵天线的二次雷达，由于出厂后的安装使用以及日常维护和检修(含收/发通道更换)，都可能造成系统的收/发通道幅相特性发生变化，形成的收/发波束发生畸变，包括波束指向不准、辐射能量不集中、增益变小等问题，最终导致二次雷达测角精度变差、作用距离变短，影响正常使用。

现有的波束指向修正方法有两种：第一种，需要在暗室进行测试并对天线的收/发波束指向进行标定，然后在设备里进行固定补偿，但由于出厂后的安装使用以及日常维护和检修，都可能造成天线形成的收/发波束指向出现变化，造成形成的波束指向不准，导致二次雷达测角精度变差，影响正常使用；第二种，完全采用对空探测的方式，完成全频点和全波位的对空标定，该种方式要求配试大量的空中目标飞机的航次，既浪费时间也导致测试成本大幅上升。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于相控阵二次雷达波束自适应修正方法以达到提高二次雷达的探测性能的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种基于相控阵二次雷达波束自适应修正方法，该修正方法包括：

S1：根据天线测试远场要求，架设应答模拟器并将应答模拟器与二次雷达主机设置到相同的询问应答工作模式；

S2：二次雷达主机通过阵列天线与应答模拟器作信号传递，并计算应答模拟器相对正北方向的方位值X₀；

S3：以应答模拟器的方位值X₀为基准方位，计算阵列天线的各个波束在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的测试方位θ′_ij；

S4：计算阵列天线的法向波束B₀指向的系统误差Δ，并通过系统误差Δ计算阵列天线的各个波束在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的实际方位θ″_ij。

进一步地，该修正方法还包括：

S5：将所有的实际方位θ″_ij制作成二次雷达的接收波束实际指向表，并存储在主机中以进行实时调用。

进一步地，所述应答模拟器的全向天线与阵列天线之间的距离不小于400m。

进一步地，在步骤S2中，计算应答模拟器相对正北方向的方位值X₀的方法为：

S21：将二次雷达设置为机扫模式，其工作频率设置为F₀，二次雷达主机控制阵列天线形成法向波束B₀，由二次雷达主机发射询问信号；

S22：天线阵列作匀速旋转且天线阵列当前形成的发射波束能够覆盖到应答模拟器方位时，应答模拟器将对收到的询问信号进行响应；

S23：应答模拟器发射应答信号，当二次雷达主机收到应答信号后，通过对应答信号幅度/相位的解算，结合接收应答信号当前的天线阵列所在方位，计算应答模拟器相对于正北方向的方位值X₀。

进一步地，在步骤S3中，计算测试方位θ′_ij的方法为：

S31：将二次雷达设置为相扫模式，其工作频率设置为F_j，二次雷达主机控制阵列天线形成波束B_i；当前波束在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的理论方位为θ_ij；

S32：根据步骤S2的方法，计算当前波束指向下应答模拟器相对于正北方向的方位值X_ij；

S33：计算当前工作频率F_j下波束B_i的相对指向误差δ_ij：

δ_ij＝X_ij-X₀；

S34：计算得到当前工作频率F_j下波束B_i在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的测试方位θ′_ij：

θ′_ij＝θ_ij+δ_ij＝θ_ij+X_ij-X₀；

其中，M指二次雷达有M个工作频率且j＝1.....M；N指二次雷达有N个波束且i＝1.....N。

进一步地，所述天线阵列通过转台驱动其作匀速旋转，且转台的转速通过二次雷达主机控制。

进一步地，在步骤S4中，计算系统误差Δ的方法为：

S41：将二次雷达设置为机扫模式，其工作频率设置为F₀，二次雷达主机控制阵列天线形成法向波束B₀；

S42：基于空中目标探测方法对阵列天线法向指向的系统误差进行标定；

S43：计算得到阵列天线法向波束B₀指向的系统误差Δ。

进一步地，在步骤S4中，计算当前工作频率F_j下波束B_i在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的实际方位θ″_ij：

θ″_ij＝θ′_ij+Δ

其中，M指二次雷达有M个工作频率且j＝1.....M；N指二次雷达有N个波束且i＝1.....N。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所提供的基于相控阵二次雷达波束自适应修正方法，通过架设应答模拟器进行远场天线接收波束相对指向的标定，同时，基于空中目标探测方法并结合目标飞机进行系统误差标定，最后得到天线接收波束实际指向，能够在降低维护时间和成本的同时，在相控阵二次雷达外场使用过程中对接收波束指向进行标定，保证二次雷达的测角精度，且提高二次雷达的探测性能。

2.采用本发明所提供的基于相控阵二次雷达波束自适应修正方法，能够为阵面结构较为复杂、覆盖介质不均匀的大型相控阵天线系统，如地面阵地、大型飞机、舰艇等返场测试成本非常高的项目，提供了外场波束指向标定工程实现的可行性和经济性解决方案。

附图说明

图1是本发明所提供的基于相控阵二次雷达波束自适应修正方法中相控阵二次雷达系统的系统结构图；

附图中标注如下：

1-控制终端，2-二次雷达主机，3-阵列天线，4-转台，5-全向天线，6-应答模拟器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

在本实施例中，提供的一种基于相控阵二次雷达波束自适应修正方法，其旨在提高二次雷达的探测性能，该修正方法应用于相控阵二次雷达系统，如图1所示，该相控阵二次雷达系统主要包括：控制终端、二次雷达主机、天线阵列和转台，其各个功能部件解释如下：

控制终端：控制终端与二次雷达主机电性连接，且控制终端具备人机交互界面，通过人机交互界面完成控制命令的下发、显示二次雷达探测到的目标的点航迹、显示二次雷达系统当前状态等；

二次雷达主机：受控制终端的控制，完成询问信号的编码、应答信号的译码、目标点航迹上报、二次雷达系统当前状态上报等工作；

天线阵列：包括N个全向天线振子和移相网络，所述全向天线振子用于接收或发射空间无线电信号；所述移相网络用于实现和波束、差波束以及控制波束三路接收波束的合成，还用于实现和波束、控制波束两路发射波束的合成。

转台：经设置不同的速度搭载天线阵列进行转动，同时可以实时给出天线阵面相对正北的方位值。

基于上述的相控阵二次雷达系统，需要架设应答模拟器进行远场天线接收波束相对指向的标定，同时只需要安排一个航次的目标飞机进行系统误差标定，最后得到天线接收波束实际指向表并存储在主机中进行实时调用，该修正方法具体包括：

S1：根据天线测试远场要求，架设应答模拟器并将应答模拟器与二次雷达主机设置到相同的询问应答工作模式；由于阵列天线长度3～6m，根据天线测试远场要求，应答模拟器与阵列天线之间的距离不小于400m，以保证阵列天线N个振子接收到的应答信号近似与平行信号。

S2：二次雷达主机通过阵列天线与应答模拟器作信号传递，并计算应答模拟器相对正北方向的方位值X₀，具体为：

S21：将二次雷达设置为机扫模式，其工作频率设置为F₀，二次雷达主机控制阵列天线形成法向波束B₀，理论上法向波束B₀在水平面内的波束中心指向与天线阵面垂直，夹角为0°；

S22：由二次雷达主机发射询问信号，天线阵列作匀速旋转且当天线阵列随转台旋转到一定角度时，天线阵列当前形成的发射波束能够覆盖到应答模拟器方位时，应答模拟器将对收到的询问信号进行响应；其中，天线阵列通过转台驱动其作匀速旋转，且转台的转速通过二次雷达主机控制，转台的转速设置为L转/分钟(L取1～12，取值越小测试结果越精确)；

S23：应答模拟器发射应答信号，当二次雷达主机收到应答信号后，通过对应答信号幅度/相位的解算，结合接收应答信号当前的天线阵列所在方位(即接收应答信号当前的转台的方位值)，计算应答模拟器相对于正北方向的方位值X₀。

S3：以应答模拟器的方位值X₀为基准方位，计算阵列天线的各个波束在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的测试方位θ′_ij，具体为：

S31：将二次雷达设置为相扫模式，其工作频率设置为F_j，二次雷达主机控制阵列天线形成波束B_i；当前波束在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的理论方位为θ_ij；其中，天线阵列通过转台驱动其作匀速旋转，且转台的转速通过二次雷达主机控制，转台的转速设置为L转/分钟(L取1～12，取值越小测试结果越精确)；

S32：二次雷达主机收到应答信号后，通过对应答信号幅度/相位的解算，结合接收应答信号当前的转台所在方位值，计算当前波束指向下应答模拟器相对于正北方向的方位值，作为当前波束指向下应答模拟器的测试方位X_ij；

S33：计算当前工作频率F_j下波束B_i的相对指向误差δ_ij：

δ_ij＝X_ij-X₀ (1)

S34：进一步计算得到当前工作频率F_j下波束B_i在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的测试方位θ′_ij：

θ′_ij＝θ_ij+δ_ij＝θ_ij+X_ij-X₀ (2)

在上述各个步骤中，M指二次雷达设置有M个工作频率且j＝1.....M；N指二次雷达设置有N个波束且i＝1.....N。

在上述步骤S2和步骤S3中，假定认为天线阵列的安装位置(相对正北方向的标定方位)是准确的，则认为在机扫模式下法向波束探测得到的应答模拟器的方位X₀为基准方位。

S4：计算阵列天线的法向波束B₀指向的系统误差Δ，并通过系统误差Δ计算阵列天线的各个波束在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的实际方位θ″_ij，具体为：

S41：将二次雷达设置为机扫模式，其工作频率设置为F₀，二次雷达主机控制阵列天线形成法向波束B₀；

S42：基于空中目标探测方法对阵列天线法向指向的系统误差进行标定，具体为：阵列天线随转台一起转动，利用对空中目标探测方法对阵列天线法向指向的系统误差进行标定，对比接收空中目标应到信号并计算目标探测方位，通过目标探测方位与空中目标实际的GPS方位对比；

S43：计算得到阵列天线法向波束B₀指向的系统误差Δ；

S44：计算当前工作频率F_j下波束B_i在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的实际方位θ″_ij：

θ″_ij＝θ′_ij+Δ＝θ_ij+X_ij-X₀+Δ (3)

在上述各个步骤中，M指二次雷达有M个工作频率且j＝1.....M；N指二次雷达有N个波束且i＝1.....N。

S5：将所有工作频率和波位设置所获取的实际方位θ″_ij(i＝1...N,j＝1....M)制作成二次雷达的接收波束实际指向表，并存储在主机中以进行实时调用，二次雷达便可以正常使用。

本实施例所提供的自适应修正方法，在相控阵二次雷达的外场使用过程中对接收波束指向进行标定，保证二次雷达的测角精度等探测性能；

能够为阵面结构较为复杂、覆盖介质不均匀的大型相控阵天线系统，如地面阵地、大型飞机、舰艇等返场测试成本非常高的项目提供外场波束指向标定的解决方案并具备可行性和经济性。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于相控阵二次雷达波束自适应修正方法，其特征在于，该修正方法包括：

S1：根据天线测试远场要求，架设应答模拟器并将应答模拟器与二次雷达主机设置到相同的询问应答工作模式；

S2：二次雷达主机通过阵列天线与应答模拟器作信号传递，并计算应答模拟器相对正北方向的方位值X₀；

S3：以应答模拟器的方位值X₀为基准方位，计算阵列天线的各个波束在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的测试方位θ′_ij；

S4：计算阵列天线的法向波束B₀指向的系统误差Δ，并通过系统误差Δ计算阵列天线的各个波束在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的实际方位θ″_ij；

该修正方法还包括：

S5：将所有的实际方位θ″_ij制作成二次雷达的接收波束实际指向表，并存储在主机中以进行实时调用；

在步骤S2中，计算应答模拟器相对正北方向的方位值X₀的方法为：

S21：将二次雷达设置为机扫模式，其工作频率设置为F₀，二次雷达主机控制阵列天线形成法向波束B₀，并由二次雷达主机发射询问信号；

S22：天线阵列作匀速旋转且天线阵列当前形成的发射波束能够覆盖到应答模拟器方位时，应答模拟器将对收到的询问信号进行响应；

S23：应答模拟器发射应答信号，当二次雷达主机收到应答信号后，通过对应答信号幅度/相位的解算，结合接收应答信号当前的天线阵列所在方位，计算应答模拟器相对于正北方向的方位值X₀；

在步骤S3中，计算测试方位θ′_ij的方法为：

S31：将二次雷达设置为相扫模式，其工作频率设置为F_j，二次雷达主机控制阵列天线形成波束B_i；当前波束在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的理论方位为θ_ij；

S32：根据步骤S2的方法，计算当前波束指向下应答模拟器相对于正北方向的方位值X_ij；

S33：计算当前工作频率F_j下波束B_i的相对指向误差δ_ij：

δ_ij＝X_ij-X₀；

S34：计算得到当前工作频率F_j下波束B_i在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的测试方位θ′_ij：

θ′_ij＝θ_ij+δ_ij＝θ_ij+X_ij-X₀；

其中，M指二次雷达有M个工作频率且j＝1.....M；N指二次雷达有N个波束且i＝1.....N；

在步骤S4中，计算系统误差Δ的方法为：

S41：将二次雷达设置为机扫模式，其工作频率设置为F₀，二次雷达主机控制阵列天线形成法向波束B₀；

S42：基于空中目标探测方法对阵列天线法向指向的系统误差进行标定；

S43：计算得到阵列天线法向波束B₀指向的系统误差Δ；

在步骤S4中，计算当前工作频率F_j下波束B_i在水平面内的波束中心指向相对于天线阵面法向的实际方位θ″_ij：

θ″_ij＝θ′_ij+Δ

其中，M指二次雷达有M个工作频率且j＝1.....M；N指二次雷达有N个波束且i＝1.....N。

2.根据权利要求1所述的基于相控阵二次雷达波束自适应修正方法，其特征在于，所述应答模拟器的全向天线与阵列天线之间的距离不小于400m。

3.根据权利要求2所述的基于相控阵二次雷达波束自适应修正方法，其特征在于，所述天线阵列通过转台驱动其作匀速旋转，且转台的转速通过二次雷达主机控制。

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