專利名稱：基于干涉儀體制的航管二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)測(cè)向方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線電監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于干涉儀體制的航管二次雷達(dá)(以下簡(jiǎn)稱二次雷達(dá))應(yīng)答信號(hào)測(cè)向方法。
背景技術(shù)：
二次雷達(dá)由地面詢問(wèn)機(jī)和機(jī)載應(yīng)答機(jī)組成，二次雷達(dá)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)空中交通管制的重要手段。地面詢問(wèn)機(jī)以1030MHz信號(hào)對(duì)機(jī)載應(yīng)答機(jī)進(jìn)行定向詢問(wèn)，包括A、C模式，機(jī)載應(yīng)答機(jī)收到有效詢問(wèn)信號(hào)后以對(duì)應(yīng)模式1090MHz信號(hào)全向應(yīng)答，地面詢問(wèn)機(jī)檢測(cè)到對(duì)應(yīng)應(yīng)答信號(hào)就實(shí)現(xiàn)了對(duì)載機(jī)的探測(cè)定位和信息獲取。機(jī)載應(yīng)答機(jī)同時(shí)可接收機(jī)載防撞系統(tǒng)ACAS發(fā)起的詢問(wèn)信號(hào)，包括A、C、S模式，并以對(duì)應(yīng)模式進(jìn)行全向應(yīng)答。二次雷達(dá)相對(duì)一次雷達(dá)具有許多優(yōu)點(diǎn)發(fā)射功率小、抗地物雜波干擾能力強(qiáng)、能夠 獲取飛機(jī)批號(hào)和高度信息等。但也存在不足為了獲取高的測(cè)角精度，二次雷達(dá)地面詢問(wèn)天線采用窄波束設(shè)計(jì)，方位面3dB波束寬度一般不超過(guò)10度，通過(guò)機(jī)械掃描實(shí)現(xiàn)寬空域覆蓋；地面詢問(wèn)機(jī)需主動(dòng)發(fā)射詢問(wèn)信號(hào)，因此系統(tǒng)復(fù)雜、功耗大、造價(jià)高。二次雷達(dá)地面詢問(wèn)機(jī)主要布設(shè)在機(jī)場(chǎng)和一些重要航路節(jié)點(diǎn)，在其覆蓋范圍之外的區(qū)域，目前還缺乏有效的對(duì)空監(jiān)視手段和設(shè)備。我國(guó)陸地和海洋邊界線長(zhǎng)而曲折，為了對(duì)進(jìn)入我國(guó)領(lǐng)空的民航飛機(jī)進(jìn)行有效監(jiān)視，亟需提出一種新的探測(cè)方法，并要求新方法具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備造價(jià)低、能高精度測(cè)量飛機(jī)方位等特點(diǎn)。無(wú)源測(cè)向通過(guò)無(wú)源接收目標(biāo)信號(hào)來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)向，不需要發(fā)射機(jī)，因此從降低設(shè)備成本來(lái)說(shuō)是合適的。針對(duì)A、C模式，通過(guò)信號(hào)無(wú)源接收可對(duì)載機(jī)平臺(tái)進(jìn)行測(cè)向，同時(shí)解算信息；針對(duì)S模式，除可對(duì)載機(jī)平臺(tái)進(jìn)行測(cè)向外，通過(guò)對(duì)報(bào)文信息解析提取經(jīng)度、緯度、高度數(shù)據(jù)還可對(duì)載機(jī)平臺(tái)進(jìn)行無(wú)源定位。二次雷達(dá)機(jī)載應(yīng)答機(jī)可以全向接收詢問(wèn)信號(hào)，特別是在二次雷達(dá)地面詢問(wèn)機(jī)覆蓋范圍之外的區(qū)域可接收機(jī)載防撞系統(tǒng)ACAS發(fā)起的詢問(wèn)信號(hào)，并進(jìn)行全向應(yīng)答，而隨著航空運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，在今后民航飛機(jī)均會(huì)強(qiáng)制要求安裝和使用ACAS，因此無(wú)論從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，還是從外部條件上來(lái)說(shuō)對(duì)二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行無(wú)源接收和測(cè)向都是可行的。相位干涉儀測(cè)向技術(shù)具有測(cè)向精度高、瞬時(shí)測(cè)向范圍寬、測(cè)向速度快、能被動(dòng)測(cè)向等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于電子偵察領(lǐng)域的測(cè)向設(shè)備中。為了提高測(cè)向精度，就要求大的基線尺寸；而基線尺寸增大到一定長(zhǎng)度時(shí)會(huì)引起相位測(cè)量模糊。工程上圍繞如何解相位模糊提出了很多方法，其中較簡(jiǎn)單的要算長(zhǎng)短基線法，長(zhǎng)基線用于保證測(cè)向精度，短基線用于解相位模糊。相位干涉儀測(cè)向技術(shù)還有一個(gè)很大的缺陷在越靠近天線基線方向的區(qū)域測(cè)向誤差越大，在天線基線方向上測(cè)向誤差為無(wú)窮大以致不能測(cè)向。二次雷達(dá)地面詢問(wèn)系統(tǒng)功耗大、造價(jià)高、覆蓋范圍有限。怎樣通過(guò)一種低成本、功能滿足要求、性能優(yōu)越的方法來(lái)對(duì)二次雷達(dá)地面詢問(wèn)系統(tǒng)作用范圍外的空中飛機(jī)進(jìn)行有效監(jiān)視，提升對(duì)空監(jiān)視范圍，是空管監(jiān)視領(lǐng)域亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)二次雷達(dá)地面詢問(wèn)系統(tǒng)的不足，空管監(jiān)視領(lǐng)域提升對(duì)空監(jiān)視范圍的需求，以及單基線相位干涉儀測(cè)向方法的固有缺陷提出了一種基于干涉儀體制的航管二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)測(cè)向方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案基于干涉儀體制的航管二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)測(cè)向方法，該方法基于二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)地面測(cè)向系統(tǒng)，所述系統(tǒng)由3個(gè)定向天線單元構(gòu)成測(cè)向天線陣，其特征在于增加I個(gè)寬波束天線單元，用于接收旁瓣抑制和控制最大瞬時(shí)測(cè)向范圍，還包括以下步驟
步驟I :自動(dòng)幅相校準(zhǔn)；
步驟2 :接收信號(hào)；
步驟3 :參數(shù)測(cè)量；完成各接收通道信號(hào)頻率、幅度、相位的參數(shù)測(cè)量；
步驟4 :接收旁瓣抑制；通過(guò)旁瓣抑制控制最大瞬時(shí)測(cè)向范圍；
步驟5 :相位差計(jì)算及解相位模糊，通過(guò)基于窮舉的長(zhǎng)短基線法實(shí)現(xiàn)解相位模糊；
步驟6 :通過(guò)相位方位映射完成方位解算。優(yōu)選方案步驟I中通過(guò)控制幅相校準(zhǔn)電路，產(chǎn)生幅相校準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)過(guò)等功分后分別耦合進(jìn)入甲、乙、丙、丁共4路接收通道，在各接收通道輸出端分別測(cè)量幅度、相位數(shù)據(jù)，找到由通道失配帶來(lái)的固有相位誤差、幅度誤差。 優(yōu)選方案步驟2中4個(gè)天線單元根據(jù)來(lái)波信號(hào)形成4路接收信號(hào)，4路射頻通道分別對(duì)各自射頻信號(hào)進(jìn)行預(yù)選、低噪聲放大、濾波等信號(hào)調(diào)理，然后進(jìn)行同步射頻數(shù)字化。優(yōu)選方案對(duì)步驟3輸出的信號(hào)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，主要有兩類一是幅度比較，當(dāng)3個(gè)定向通道幅度值均高于旁瓣抑制通道幅度值時(shí)，認(rèn)為信號(hào)來(lái)自定向天線單元主瓣瞬時(shí)測(cè)向范圍內(nèi)，正常輸出；反之則抑制；二是相位比較，以長(zhǎng)、短基線共用通道為基準(zhǔn)通道，另兩個(gè)定向通道與基準(zhǔn)通道分別求取相位差，記為短基線相位差測(cè)量值、長(zhǎng)基線相位差測(cè)量值。優(yōu)選方案步驟4中將通道4幅度值分別與通道甲、乙、丙幅度值進(jìn)行比對(duì)，若通道4幅度值均小于通道甲、乙、丙幅度值，則認(rèn)為是來(lái)自瞬時(shí)測(cè)向范圍內(nèi)的信號(hào)，否則為瞬時(shí)測(cè)向范圍外的信號(hào)，不處理。優(yōu)選方案步驟5中在解長(zhǎng)基線相位模糊時(shí)，根據(jù)選定的基線尺寸和最大瞬時(shí)測(cè)向范圍，估計(jì)出最大模糊系數(shù)，并根據(jù)不同的模糊系數(shù)窮舉所有可能的長(zhǎng)基線相位差值，然后通過(guò)長(zhǎng)短基線尺寸與對(duì)應(yīng)相位差之間的關(guān)系，通過(guò)比對(duì)找到長(zhǎng)基線相位差真值。優(yōu)選方案步驟6中在進(jìn)行方位角解算時(shí)，將二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)的波長(zhǎng)作為常數(shù)，通過(guò)查表方式實(shí)現(xiàn)方位角解算。優(yōu)選方案定向天線單元甲、乙、丙排列在一條直線上，構(gòu)成一維線陣測(cè)向天線陣，其中天線單元甲為基準(zhǔn)天線；天線單元甲與天線單元乙之間距離O. 2m，用于在最大瞬時(shí)測(cè)向范圍內(nèi)解相位模糊；天線單元甲與天線單元丙之間距離O. Sm，用于提升測(cè)向精度；在天線單元乙和天線單元丙之間增加一個(gè)寬波束天線單元丁，用于抑制天線單元甲、乙、丙旁瓣，同時(shí)對(duì)其主瓣進(jìn)行壓縮，使得最大瞬時(shí)測(cè)向范圍處于天線陣視軸左右30度內(nèi)。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的具體有益效果是與現(xiàn)有長(zhǎng)短基線相位干涉儀測(cè)向方法相比它增加了一個(gè)寬波束的接收旁瓣抑制通道，用于接收旁瓣抑制和控制最大瞬時(shí)測(cè)向范圍；通過(guò)窮舉模糊系數(shù)實(shí)現(xiàn)解長(zhǎng)基線相位模糊，解決了鑒相器邊界粗大誤差對(duì)測(cè)向精度的影響；通過(guò)相位差方位角映射查表方式實(shí)現(xiàn)方位解算，避免了直接解算反正弦函數(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，提高了實(shí)時(shí)性。該方法應(yīng)用于對(duì)二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行測(cè)向的無(wú)源測(cè)向系統(tǒng)，能夠使相應(yīng)的系統(tǒng)具有能被動(dòng)測(cè)向、瞬時(shí)測(cè)向范圍大、測(cè)向精度高、實(shí)時(shí)性好、功耗小等特點(diǎn)?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)寬視野、快速、高精度無(wú)源方位測(cè)量，在此基礎(chǔ)上配合轉(zhuǎn)臺(tái)在方位面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的全方位覆蓋。使用本方法的測(cè)向系統(tǒng)測(cè)向精度高、測(cè)向速度快、瞬時(shí)測(cè)向范圍大、能被動(dòng)測(cè)向、功耗低、成本低。本發(fā)明的二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)測(cè)向方法已經(jīng)得到實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)性驗(yàn)證，在空管監(jiān)視領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景，能產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益。


圖I為單基線相位干涉儀原理 圖2為二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)測(cè)向方法原理 圖3為最大瞬時(shí)測(cè)向范圍控制原理 圖4為實(shí)施實(shí)例步驟流程 圖5為解相位模糊流程圖。
具體實(shí)施例方式本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說(shuō)明書(shū)(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。一維線陣單基線相位干涉儀測(cè)向原理參見(jiàn)圖1，設(shè)基線尺寸為D、輻射源入射角為Θ (與視軸間的夾角)。由幾何關(guān)系可知，輻射源信號(hào)進(jìn)入兩個(gè)接收通道存在波程差ΛΖ :
權(quán)利要求
1.一種基于干涉儀體制的航管二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)測(cè)向方法，該方法基于二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)地面測(cè)向系統(tǒng)，所述系統(tǒng)由3個(gè)定向天線單元構(gòu)成測(cè)向天線陣，其特征在于增加I個(gè)寬波束天線單元，用于接收旁瓣抑制和控制最大瞬時(shí)測(cè)向范圍，還包括以下步驟 步驟I :自動(dòng)幅相校準(zhǔn)； 步驟2 :接收信號(hào)； 步驟3 :參數(shù)測(cè)量；完成各接收通道信號(hào)頻率、幅度、相位的參數(shù)測(cè)量； 步驟4 :接收旁瓣抑制；通過(guò)旁瓣抑制控制最大瞬時(shí)測(cè)向范圍； 步驟5 :相位差計(jì)算及解相位模糊，通過(guò)基于窮舉的長(zhǎng)短基線法實(shí)現(xiàn)解相位模糊； 步驟6 :通過(guò)相位方位映射完成方位解算。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于干涉儀體制的航管二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)測(cè)向方法，其特征在于步驟I中通過(guò)控制幅相校準(zhǔn)電路，產(chǎn)生幅相校準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)過(guò)等功分后分別耦合進(jìn)入甲、乙、丙、丁共4路接收通道，在各接收通道輸出端分別測(cè)量幅度、相位數(shù)據(jù)，找到由通道失配帶來(lái)的固有相位誤差、幅度誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于干涉儀體制的航管二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)測(cè)向方法，其特征在于步驟2中4個(gè)天線單元根據(jù)來(lái)波信號(hào)形成4路接收信號(hào)，4路射頻通道分別對(duì)各自射頻信號(hào)進(jìn)行預(yù)選、低噪聲放大、濾波等信號(hào)調(diào)理，然后進(jìn)行同步射頻數(shù)字化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于干涉儀體制的航管二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)測(cè)向方法，其特征在于對(duì)步驟3輸出的信號(hào)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，主要有兩類一是幅度比較，當(dāng)3個(gè)定向通道幅度值均高于旁瓣抑制通道幅度值時(shí)，認(rèn)為信號(hào)來(lái)自定向天線單元主瓣瞬時(shí)測(cè)向范圍內(nèi)，正常輸出；反之則抑制；二是相位比較，以長(zhǎng)、短基線共用通道為基準(zhǔn)通道，另兩個(gè)定向通道與基準(zhǔn)通道分別求取相位差，記為短基線相位差測(cè)量值、長(zhǎng)基線相位差測(cè)量值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于干涉儀體制的航管二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)測(cè)向方法，其特征在于步驟4中將通道4幅度值分別與通道甲、乙、丙幅度值進(jìn)行比對(duì)，若通道4幅度值均小于通道甲、乙、丙幅度值，則認(rèn)為是來(lái)自瞬時(shí)測(cè)向范圍內(nèi)的信號(hào)，否則為瞬時(shí)測(cè)向范圍外的信號(hào)，不處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于干涉儀體制的航管二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)測(cè)向方法，其特征在于步驟5中在解長(zhǎng)基線相位模糊時(shí)，根據(jù)選定的基線尺寸和最大瞬時(shí)測(cè)向范圍，估計(jì)出最大模糊系數(shù)，并根據(jù)不同的模糊系數(shù)窮舉所有可能的長(zhǎng)基線相位差值，然后通過(guò)長(zhǎng)短基線尺寸與對(duì)應(yīng)相位差之間的關(guān)系，通過(guò)比對(duì)找到長(zhǎng)基線相位差真值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于干涉儀體制的航管二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)測(cè)向方法，其特征在于步驟6中在進(jìn)行方位角解算時(shí)，將二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)的波長(zhǎng)作為常數(shù)，通過(guò)查表方式實(shí)現(xiàn)方位角解算。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4或5或6或7中所述的基于干涉儀體制的航管二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)測(cè)向方法，其特征在于定向天線單元甲、乙、丙排列在一條直線上，構(gòu)成一維線陣測(cè)向天線陣，其中天線單元甲為基準(zhǔn)天線；天線單元甲與天線單元乙之間距離O. 2m，用于在最大瞬時(shí)測(cè)向范圍內(nèi)解相位模糊；天線單元甲與天線單元丙之間距離O. Sm，用于提升測(cè)向精度；在天線單元乙和天線單元丙之間增加一個(gè)寬波束天線單元丁，用于抑制天線單元甲、乙、丙旁瓣，同時(shí)對(duì)其主瓣進(jìn)行壓縮，使得最大瞬時(shí)測(cè)向范圍處于天線陣視軸左右30度內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于干涉儀體制的航管二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)測(cè)向方法，涉及無(wú)線電監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，所述方法通過(guò)帶接收旁瓣抑制天線單元的4陣元測(cè)向天線陣，接收二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)，4路接收通道分別對(duì)頻率、幅度、相位參數(shù)進(jìn)行數(shù)字測(cè)量，然后進(jìn)行控制瞬時(shí)測(cè)向范圍的接收旁瓣抑制、基于窮舉的長(zhǎng)短基線解相位模糊，最后通過(guò)相位方位映射完成方位解算。應(yīng)用本發(fā)明的二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)測(cè)向系統(tǒng)具有測(cè)向精度高、測(cè)向速度快、瞬時(shí)測(cè)向范圍大、能被動(dòng)測(cè)向、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于空管監(jiān)視領(lǐng)域中提升對(duì)空監(jiān)視范圍具有很好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)G01S3/46GK102944866SQ20121050804
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者先登飛, 顏伏虎, 張珂, 彭琪 申請(qǐng)人:四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司