doc伪单脉冲自跟踪系统

1、伪单脉冲自跟踪系统总第64期通信与测控一)一g,i伪单脉冲自跟踪系统梗挝厶,一cl8(电子部39所)(摘要)众所周知,在原理上单脉冲自跟踪系统的跟踪精度不受来波幅度变化的影响.本文从这一原理出发,经过简单的分析.指出我们以前所认为的工程单信道单脉冲自跟踪系统实质上是一种伪单脉冲(或称隐蔽扫描)自跟踪系统.关键词:单脉冲雷达自跟踪写.童1引言单脉冲(或合并信道的单脉冲,包括单信道单脉冲)与伪单脉冲自跟踪系统的本质差别是,在原理上前者的跟踪精度不受来波幅度变化的影响,而后者则不然.然而我们在识别跟踪系统时.有时忽略了这一差别.本文通过简单的分析,指出.工程单信道单脉冲自跟踪系统实际上是伪单脉冲自跟

2、踪系统.伪单脉冲系统在原理上虽然有上述缺点,但是由于系统十分简单,特另0是采用电子开关(或称扫描转换模件)的情况下,扫描频率可以做到高于来波幅度波动的频率,从而提高跟踪精度,因此得到了广泛应用.黄国datronsystem公司的伪单脉冲馈源已形成系列产品.为了更清楚地讨论问题,我们将先介绍圆锥扫描自跟踪系统.然后再分析伪单脉冲系统.最后介绍一种所谓电子波束偏转(ebs)多模自跟踪系统,它是顺序波束转换技术合乎逻辑的发展.它与伪单脉冲系统一样,在原理匕其跟踪精度也受来波幅度变化的影响.2圆锥扫描自跟踪系统在圆锥扫描天线系统中,馈源横向偏焦,要甩解析式来表达它的近轴方向图是不可能的.在说明它的工作

3、原理时,我们不妨甩he模波纹圆锥喇叭作为例子.设喇叭的口径位于xoy平面上,见图1.即馈源的轴线即z轴与:轴夹角为日o?轴在.roy平面内y轴与xoy平面的夹角自然也为乩.y,z轴在xtz坐标系中的方向余弦为(表1):图1坐标系袁1yzcos0一cososincpos日0sin,0ysin妒0cosoocosposinoocosoo:0-sinocosoo6通信与钡f控总第64崩故在xyz坐标系中的点zy可表示为:cosox+sino2y=一cos日0sin吼+cos日.c.s卜.sin白z=一sin.s1丑d十.cos,oj,+cos0.=在偏离z轴的小角度范围内he模的辐射场(圆极化)可用

4、下式表示三=击(州一)蕊x2+y2(1)把上面的,】,z值代入(1)式,并注意=>>,=>>y,故coso0i,sino.日.,+yz,又;目c.s9,n,故可写为e/sl(xa一川a(1一:+日+2.c.s一2鲫.唧)(2)j中d为喇叭直径为工作波长假定来波的幅度有波现为了简单起见假定它是一个受单音频(其角频率等于圆锥扫描的角奏率)调制的波,钮圆餐化的.可以写为+川em)=击(x-l-jy)e(36)+jy)e3c)为了求得来渡在波导中激励起来的电压u,写出天线的发射场为ijy)eft(jy)e?f川t再令式(2)中的.m.t.即圆锥扫描真频率),uf.+.fco.,

5、)1一(d/一200dsinc0sodf我们考虑两种特殊暗况:故瞬时电压u为)(+0+200.c唧sin.ff4口)(46)(4c)(5)994年第1期曲单脉冲自跟踪系统一1一(1)来波哥度无波动=0,目标偏离电轴(即d0).求调制包络的及并令-m=r一)/(u,可由(5)式得.一三.可见(调制的百分数)正比于目标偏离电轴的角度0.由(5)式我们还可看出电压u中包含有目标方向的信息.即.为了提取目标的方位及时仰误差,我们必须提供参考电压-这一参考电压反映馈源口径与xy坐标的关系(在实际圆锥扫描雷达中则反映章动扫描馈源的位置)一一显然这是与单脉冲自跟踪系统的一个明显差别,在单脉冲系统中参考电压即

6、为和信号,即utcos.0ofu2sin:.,oar(7口)(76)对进行解调,并滤去高频分量(用和_表示).得角误差电压为e-=(竿.0s(8n)=可=(ed/i)d.ocos(2)目标在电轴上(d=0),来波是受单音频t角频率为.)调制的波.此时【,=(cosct+mgostljo$.f)(1一1(rd/a).:由(8)式可得ffti一c,?u.=用(86)(9)(10a)(10b)也就是说?当来波的幅度波动的角频率等于圆锥扫描频率时.即使目标处于电轴上.跟踪系统仍有误差电压输出,或者说跟踪不收敛.来波幅度变化对跟踪精度的影响可参见文献(1).3伪单脉冲自跟踪系统伪单脉冲系统的工作原理可参

7、见文献(1).图2为x工程自跟踪接收机方框8通信与测控总第64朝图.初看起来该接收机似乎是单信道单脉冲接收机.下面我们将对这种接收机进行分析.我们仍假定来波是受单音颓调制的波(调制的频率等于方波发生嚣的频率),其表达式见式(3).为了用互易原理求得来波在波导中(0-调制器以前)激励起来的电压,写出地面天线在偏离电轴小角度范围内的发射场表达式.图2x工程自鼹踪接收机对于和模(tei1)发射场为三=(一).三(一jf对于差模(te:t),发射场为:三(:一je三=(;)ee三=(:一emrlj来波在波导中激励起的电压(瞬时值)为:u|co$ojfl+mcos.oofco$ojct-ud=k,ao(

8、sinp(cosof+cos0+o)0)f+co5(0一珊o)tdco$(asines+sia(+)r+cos(山一曲)t3(1la)fi1b)(1lc)o2a)(12b)(12c)(13a)(136)1994年第1期伪单脉冲自跟踪系统二=对u.进行0调制,得u并仍写为得ud=k#osincsin(co+no).)hsin(to+(月一1).)f+sin(co+(月+1).)r)+c.如.互ccos(o.+.)+cos(co+一1).)l+c0s(+1)ooo)1)(14)注意,式(12),(13)和(14)中的k值是不同的值,但是它只是用于表示关于和模的相对值,所以我们均写作k,在以后的处理

9、中我们仍将这样做.略去各种细节问题.在原理误差电压由下式获得:(us+ud)u1(15a)(u+u)?u,(15b)式中u,u是参考电压(见式(7),它们是方波的基频分量.当来波的信号无波动时,我们将得到和(23相同的结果,在此不再赘述.我们只讨论来波是单者额调制的波(调制频率等于方波发生器的频率),并且目标位于电轴上,即日=0.由式(15)可得(u+u)coscoot=m(16)在此我们得到了和圆锥扫描系统一样的结果(见(10)式).由此我们得出结论,不论调制器的调制频率如何选取.从原理上图2的自跟踪系统的跟踪精度受来波幅度变动的影响.因此它是一种伪单脉冲自跟踪系统.4电子波束偏转自跟踪系统

10、电子波束偏转技术是80年代初期出现的.ebs体现了一个伪实时幅度测向系统,这是顺序波束转换技术合乎逻辑的发展.它利用电子开关技术,按时帧方式确定跟踪误差.据报导,由于是近乎实时导出跟踪误差,这种技术潜在的跟踪精度接近单脉冲系统的精度,而且只需要相对来说较简单的单通道跟踪接收机(类似于步进跟踪接收机).图3是一种采用ebs技术的跟踪圆极|匕信标信号的跟踪系统.图3中模激励器的圆波导可支持te.模和tm.【模,aa黾一对tm0【模耦合器,它耦合圆波导的周向磁场,而bb是一对te:模耦合器,它耦合圆渡导的纵向磁场.耦合波导的每个口接有带通滤波器,使得模激励器仅在信标频率上偏转天线的波束.每个耦合波导

11、的末端接有pin管,籍pin管的定时加上正向或反向电压,使每对耦台波导对圆波导所产生的不连续性的性质是时间的函数.从发射观点来看.当不连续性为非对称时,圆波导中必将有部分主模能量转换为差模.我们用图4来说明这种跟踪系统的工作原理.图中表示每个耦合波导中距耦合孔相同距离的参考点上反射系数的相位.一10一通信与测控总第64期目3采用ebs技术的自跟踪系统/j_,.1-1.0?彗聋点目4各十对阃间隔内的口径场分布来波的表达式见(3a).地面天线的发射场为:,一0t.三一1(a一+kvo(cosn;)l=lil2三=击(a)-k#o(c.s+sinpy)(17a)(17b).994年第】期伪单脉冲自跟

12、踪系统e一击(一;sm:+coa)tt3一t4es4=击(一-k#o(s-na)勘探渡在波导中激靛来的电压为:ut=1+kp.oeu2=1一kcoeu3:1+k#oeju.=1一k#oei一(17c)(17(18a)(18b)(18c)(18瞬时电压的幅度为r一iu,l=1+(kao)+2k#ocosq)(19a)r一lu1一1+(ka0)一2k#ocosq)(196)r:一,l,l=41+(目)+2k.u0siaq(19c)r:一lu小=41+(kao)一2k#osino(19式中k与模转换量有关,上式中我们已假定模转换很小,和模的幅度保持不变.式(19)为模转换器顺序地把波束偏转到4个位置

13、获得的跟踪误差信号.误差信号由接收机接收.经a/d转换器转换成数字信号,然后送微处理机.根据跟踪误差电压的幅度及采用的控制技术,最后由指令控翩机构执行.由于波束按顺序偏转,误差信号不能同时获得,因此在原理上其跟踪精度必定受来波信号波动的影响.这跟踪系统的主要参数是模转换量的选取.或k值太小,虽然轴向增益下降得小,但跟踪精度必然不利.反之,轴向增益下降较多,但对跟踪精度有利.据报导采用上述跟踪系统的5.5m偏置格里高刺天线(3db宽义为0.32.),实测的有效波束偏转为0.063.(相当于轴向增益比峰值增益低约0.47db,接收机镇相环带宽为3hz,输出时间常数为1ms,扫描频率为512hz.实

14、测的数据表明,其探测范围大于0.3.稳态跟踪误差低于0.003.比较起来,还优于同样口径的单脉i中自跟踪系统.看来国内还没有人从事这种系统的研制工作.作者为国内同行对这种系统的跟踪精度作理论上的研究也许是必要的.5结柬语一12一通信与测控总第64期本文的目的并不在于比较单信道单脉冲和伪单脉冲系统的优劣,只是凭作者的一孔之见,对具体系统的命名(或识别)提出一些粗浅的竟见.由于作者对跟踪系统是门外汉,文章的论点可能有误,敬请读者指正.参考文献1丁鹭飞,张平雷达系统西北电讯工程学院出版社,1984-,pp.144-1452彭景先单信道单脉冲自跟踪系统中国电子学会遥控,遥测,遥感技术专题研讨会论文集,

15、1985年,pp.110-1323柯树人圆波导多模自跟踪系统的工作原理通信与测控,1992.2,pp.卜104申作樵译卫星跟踪系统(续)通信与测控,1989.4,pp.52-60(上接28页)7结论.empgts-04c系统证明了它是一个重量轻,成本低的系统,该系统能满足实时飞行测试一半以上的跟踪要求.这里介绍的气动扫描,可充气天线罩和两轴碳纤维座架,可用于填补gts-04c系统和售价超过25万美元的更大系统之间的空白.参考文献嘴)(上接34页)hprootmodel模型的关键在于一个自动的数据采集系统.由于该模型是以测量为基础的,这就有可能自动地得到fet管的模型参数,而不需要任何人工干预.虽然hprootmodel模型对于每个器件都需要测量几千次,但其模型开发的时间仍比传统模型要少一半.hpro