一种单脉冲跟踪雷达的通道检测网络设计

李 龙 胡振平 万 军

(中国兵器装备集团(成都)火控技术中心 成都 611731)

0 引言

作为防空火控雷达的单脉冲精密跟踪雷达，是一种高跟踪精度的单目标跟踪雷达，是近程防御系统的关键设备。跟踪雷达的收发通道主要由天线、TR组件、接收机、信号处理和频率综合器组成，TR组件是有源雷达发射子系统最重要的部件，其主要功能是实现激励信号的功放、波束合成所需的相位控制和目标回波信号的低噪放，其性能直接影响整部雷达收发通道的稳定性[1]。随着跟踪雷达设备使用年限的增加、贮存环境的不同以及工作温度湿度的变化等因素的影响，可能出现连接器插头插座松动、射频插损增加以及结构零件变形(馈线驻波变化)等，易发生天线传输性能起伏、TR组件增益起伏、TR组件移相不确定和接收机增益起伏等不定情况，造成天线收发方向图畸变、天线电轴指向精度、收发通道增益下降、幅相不稳定以及数字和差性能降低，严重时可导致跟踪雷达目标跟踪性能。为使跟踪雷达性能在其工作期间处于规定的技术范围内，需相应手段定期或不定期地对收发通道工作状态进行判断、故障定位和排除，以确保跟踪雷达全寿命周期性能优良[2-4]。针对跟踪雷达装备保障需求，基于其自身资源，给出了一种收发通道共用的检测网络。通过某精密跟踪雷达的系统凋试过程验证了其有效性，经工程试验数据分析表明此方法具有良好的工作效能。

1 通道检测网络组成

根据对跟踪雷达设备保障任务实际需要，基于雷达自身资源的基础上，给出了一种单脉冲跟踪雷达收发通道共用的检测网络，其主要由天线、TR组件、接收机、信号处理和频率综合器等组成，如图1所示。

图1 收发共用通道检测网络组成示意图

收发通道检测网络仅需在跟踪雷达设备现有的收发通道(TR组件、接收机、信号处理和频率综合器)和天线之间嵌入一个基于耦合器、四功分器以及单刀双掷开关等构建的检测网络，即可实现对收发通道工作于发射模式下通道幅、相和接收模式下通道幅、相四个参数的测量，无需额外的检测通道且具备实时检测的特点[5-7]。其中，耦合器集成于天线，可实现发射通道和接收通道检测的复用，即发射通道检测时，将经TR组件T之路输出的测试信号耦合至检测网络，接收通道检测时，将频率综合器输出的测试信号经单刀双掷开关和四功分器耦合至TR组件R之路；单刀双掷开关和四功分器是收发通道检测网络的转换核心，连接频率综合器、TR组件和接收机；频率综合器提供测试时序，并按时序生成发射通道和接收通道检测所需的测试信号；接收机为测试信号提供接收通道，完成混频、低噪放和中频滤波处理；信号处理将来自接收机的IF(中频)信号进行模数转换、下变频以及数字正交解调，分离出各通道的测试响应，获得各通道的幅度与相位参数。

2 检测原理及工作流程

2.1 发射通道幅相检测

收发通道检测时，频率综合器产生跟踪雷达所需的测试时序，按测试脉冲的节拍生成测试信号，测试时序包括测试起始(PRF，为一个触发脉冲信号)和测试信号(10μs)，且发射通道检测和接收通道检测的测试时序相同，如图2所示。测试信号是跟踪雷达收发通道检测的关键，流经检测网络链路的各组成分机，在PRF前沿延时60μs触发，与跟踪雷达正常工作时的信号类同，采用单载频信号形式。

图2 测试时序示意图

发射通道幅度、相位检测时，测试信号流经检测网络链路各组成分机由频率综合器最后进入信号处理。发射通道检测时，需TR组件T之路逐一工作在发射状态独立进行，以4#TR组件为例，发射检测时4#TR组件T之路工作在发射状态，其余TR组件T之路处于关闭状态，测试信号沿图3中加粗虚线方向进行。

图3 发射通道幅相检测工作流程示意图

通道检测开始时，频率综合器输出检测所需的测试时序，按照测试时序的节拍生成测试激励信号。测试RF(射频)信号入TR组件T之路经功率放大后，过TR组件T之路的测试信号经耦合器耦合之后，沿四功分器、单刀双掷开关K1和K2，入接收机进行混频、低噪放和中频滤波处理后输出IF信号至信号处理，信号处理对IF信号进行模数转换、下变频以及数字正交解调，获得I、Q信号，分离出各通道的测试响应，通过计算逐一得到每个通道的发射幅相值，最终获得每个通道的幅度与相位参数。在某精密跟踪雷达的系统凋试过程中，实测了其发射通道幅相，检测数据如图4所示。

图4 实测发射通道幅相检测数据

由发射通道的幅度、相位实测数据可看出，发射通道幅度检测时，TR组件T之路近于饱和发射状态，且四路发射通道链路所经检测网络硬件差别不大对幅度影响可忽略。四路发射通道工作正常时，发射通道测得的幅度值相差无几(正常的四路TR组件T之路发射功率一致性较高)；若某一发射通道性能衰减或工作异常，此发射通道测得的幅度值会显著下降。于此，将四路通道多次(取四次)发射通道检测的幅度测量数据作相对归一化处理取差值，考虑各发射通道的些许特性差异，依据合适门限(如-5dB)即可判定某一发射通道是否异常。幅度测量数据相对归一化处理，取差值Δi

(1)

其中，i为通道号，取1、2、3和4；j为测量次数，取1、2、…、n；Eij为第i通道第j次幅度测量值；Δi为第i通道的差值。

2.2 接收通道幅相检测

接收通道幅度、相位检测时，测试信号流经检测网络链路各组成分机由频率综合器最后进入信号处理。接收通道检测时，所有TR组件T之路处于关闭状态、R之路处于工作状态，以4#TR组件为例，接收检测时4#TR组件R之路工作在接收状态，测试信号沿图5中加粗虚线方向进行。

图5 接收通道幅相检测工作流程示意图

通道检测开始时，频率综合器输出检测所需的测试时序，按照测试时序的节拍生成测试信号。测试RF信号沿单刀双掷开关K1和四功分器，经耦合器耦合进TR组件R之路，再入接收机进行混频、低噪放和中频滤波处理后输出IF信号至信号处理，信号处理对IF信号进行模数转换、下变频以及数字正交解调，获得I、Q信号，分离出各通道的测试响应，通过计算逐一得到每个通道的接收幅相值，最终获得每个通道的幅度与相位参数。在某精密跟踪雷达的系统凋试过程中，实测了其接收通道幅相，检测数据如图6所示。

图6 实测接收通道幅相检测数据

由接收通道的幅度、相位实测数据可看出，接收通道幅度检测时，TR组件R之路接收增益一致性较高，且四路接收通道链路所经检测网络硬件差别不大对幅度影响可忽略。四路接收通道工作正常时，接收通道测得的幅度值相差不大；若某一接收通道性能衰减或工作异常，此接收通道测得的幅度值明显降低。于此，将四路通道多次(取四次)接收通道检测的幅度测量数据作相对归一化处理取差值，依据合适门限(如-5dB)即可判定某一接收通道是否异常。

接收通道相位检测与发射通道相位检测过程略有不同，接收通道相位检测时，无需控制TR组件R之路进行移相。在接收通道幅度测量正常状态下，通过计算同一通道前后两次实测相位的差值，依据合适门限(如8°)可判定某一接收通道TR组件R之路相位是否异常。由于接收通道相位检测没有经过相对相位测量，其检测结果只供参考。故此，接收通道故障的判定应以幅度检测结果为主，相位检测结果可进一步证实故障状态。

3 结束语

在对精密跟踪雷达系统工作过程和原理研究分析的基础上，针对某型跟踪雷达收发通道状态检测判定，给出了一种收发共用的检测网络，基于相对幅相测量方式，在缺少标准数据的情况下，可实现对雷达设备状态的快速、实时检测。在某精密跟踪雷达产品的调试过程中，实测结果表明，该收发共用检测网络的幅相测试，具有测试过程安全、操作简单、故障快速定位等优点，实现了一种低成本的测试保障手段，对装备全寿命周期维护十分有益。