单脉冲角度跟踪技术讨论

单脉冲角度跟踪技术讨论

一、引言

单脉冲角跟踪系统的方案包括三通道、双通道、单通道单脉冲等。在跟踪系统精度要求

不高的系统中，采纳单通道单脓冲跟踪系统的设施越来越多，例如业务测控站、遥感地面站、

卫星侦察信号接收站、遥测地面站等。较常用的实现方案是在常规双通道的基础上，用低频

调制信号对差信号进行四相调制后再与和信号合并，变成一个通道输出，其合成信号只需经

包络检波即可得到误差电压。由于进行了通道合并，这种体制不存在和、差通道合并后的相

位和增益不全都问题不需要调整通道的相位除低噪放大器（LNA）外全部的设施可以安装

在机房，大大提高了设施的牢靠性、使用性和维护性，同时削减了设施，造价也大大降低。

二、系统工作原理及误差电压的提取

为了确保系统的G/T值，应考虑在LNA后进行和、差信号的合成。为了阐明其物

理概念，将双通道单脉冲合成为单通道单脉冲的跟踪系统方框图进行简化。简化后的框图如

图1所示。

图1跟踪系统框图

设从天馈来的信号为单频信号，在分析时假定天线和、差信道在接收频带内幅射特性保

持不变，而且和、差信道及从大线的来波均为抱负圆极化波。馈源端口输出和信号的瞬时值

为

差信号由方位与俯仰差信号相位正交合成得到为

式中p为差斜率，A为目标在方位上偏离电轴的角度，E为目标在俯仰上偏离电轴的

角度。

差信号的矢量关系为A=6cos（t）E=6sin（t）

图2双通道单脉冲合成矢量图

由图2,可将ed变换为r

1

式中AmM0为差信号的幅度，其中0=,屋+八（p=tg-E/A为差路合成载波

的相位，它与A、E的比例大小有关，可见误差信号包含在幅度Amp。和相位（p之中。

1.单通道单脉冲的合成跟踪接收系统采纳单通道时，和、差信号必需以适当的方式合

成，目的是合成后的信号能在终端解调出角误差信息。通常在和、差信号合成前，先对差信

号进行四相调制，再与和信号合成。

和、差信号分别经低噪声放大KE、K,、后为

差信号经四相调制后为

其中力为和差信号的相对相位差8(t)周期为t4=l。的信号调相在四相调制时有

0,/=()~/]

77/29L=L~1

小/,)=12(7)

TT,t—/2~‘3

-377/2,I=13~14

调制后的差信号经肯定向耦合器与和信号合成，其合成信号为

式中M为定向耦合器的耦合系数，一般取6〜9dBo厂

2.合成信号的解调和误差电压的提取

合成信号经下变频和放大后频率仍记作3将合成信号变换后得：

式子中

角误差电压的提取只与u(ct)的振幅c(t)有关，对u(ct)进行包络检波取

出c(t):

经检波滤去直流重量得：

在四相调制的一个周期内，依据3(t)的不同取值有：

设施调试时，调整和、差信号合成前的相对相位差接近为零，即6弋0,由于A=Ocos<l>,

E=Osin巾(参见图2),则上式变为

经cos(Qt)的本地信号鉴相后可得

经与sin(Qt)的本地信号鉴相后可得：

该值就是系统完成闭环所需的方位和俯仰角误差电压。

三、采纳6位移相器实现四相调制和角跟踪解调的方法

通常状况下,在微波上直接实现四相调制难度比较大，•方面该调制曜必需放在天线上,环

境条件比较恶劣；另一方面调制器本身的的性能指标也不简洁做好；其次是调制信号要从地

面传输到天线上，其传输本身就是一件难事，长线传输可能引入干扰，导致调制信号失真等。

目前•种应用较为广泛的方法就是通过连续转变6位移相器的相位值，以达到转变载波相

位的目的，从而实现四相调制。

1.6位移相器的基本工作原理

6位移相器，就是可以对其进行6位相位的掌握，每位按2D进行相位的掌握，其中n=

1〜6,最小一位的相位移为5.625°,最大的一位是180°o通常状况下，移相值的变化

是通过对6位相位的掌握来实现的，通过6位不同组合完成不同的相位掌握。掌握信号一

般采纳常用的TTL高、低电平进行掌握。

2.采纳6位移相器实现四相蜩制的方法依据移相器的基本原理.我们知道，共中的一位

是90°,还有一位是180°,通过时间同步的方法，可分别对90°和180°的移相值进行连续

掌握，以达到最终实现来波相位90°、180°、270°、360。的连续变化，从而实现四相调制。

通常的方法是，由终端产生一组频率为。和2。的低频TTL方波信号，使其组

合成复合掌握信号，在时间为Q的周期内，掌握6位移相器，在掌握信号时间同步的状

况下，满意表1所示的关系。

表1时间、电平、相位的关系

TTL电平6位移相器的相位值

时间-

方波1方波2908I809

t0't,0000

t,'t201090。

1018020

t3't.11180290。

t0't,0000

该信号以。为周期连续可变即可实现四相调制方波】掌握90"位方波2掌握1800位。

3.信号的合成与解调

经LNA放大后的差信号送入6位移相器完成调制后通过竹定向耦合器与和信号相

加完成信号的合成生成信号uKt)一分为二后与频率为C的调制掌握信号和移相90。

合成后的信号通过变频放大后送入接收机进行我波的锁定和检波后即可得到频率为

。并含有方位和俯仰信息的合成信号，即

c(t)=AmX/M'(|XO)cos［。+［3(l)-<I>+<p］：

将其一分为二后与频率为Q的调制掌握信号和移相90。的掌握信号进行相干检

波，即可得到我们所需的方位和俯仰电压，将该电压送ACU,完成系统角跟踪任务。

四、研制中的主要技术问题

1.通道合并前和、差信号相位不全都带来的问题通道合并为单通道以前，仍旧是双通道

单脉冲系统，因此和、差LNA间的相位不全都，也会产生交叉耦合。分析如下：

依据式(15)将co(s<t>-0)和sin(6-6)绽开

由上式知道，由于有4>的存在，即和、差信号合成前存在相对相位差，则会造成方位、

俯仰误差电压中存在交叉耦合，相对相位差越大，交叉崩合越大，同时还会造成角误差灵敏

度的降低。直观地从70MHz上观看载波，其调幅信号的波形会发生畸形，检波输出的幅度

下降。解决交叉耦合的最简方法就是在和或差的合成信号前加一可调移相器，通过转变移相

器的相位，确保和、差合成信号的相位相对全都，此时差信号的输出幅度为最大。6位移相

器不仅具有四相调制的功能，而且通过对前几位移相值的调整，以达到调整差信号相对相位

的目的。6位移相器的使用，既简化了设施的配置又达到了系统调整和、差信号相对相位

目的。从前面的分析我们知道，6位移相器的最小移相值为5.625°,此时的交叉耦合为1

/9.8,完全能满意角跟踪系统的要求。

2.移相器掌握信号和解调器参考信的相位同步问题

若调制和解调的掌握信号不同步，会造成定向灵敏度的降低，并产生交叉耦合，因此掌

握信号的产生和传输都必需细心设计。一方面要考虑全部的掌握信号最好是同源产生的，另

一方面还必需考虑信号在长线传输过程中的抗干扰问题，第三是掌握信号的频率不能选择太

高，频率太高会对合成信号的解调形成干扰。

3.耦合系数的选择

差信号与和信号合成是用耦合器来实现的，其耦合系数M的选择特别重要，选择不合理

可能会带来一系列的问题。M选择过大，可能引起系统噪声温度的增加、G/T值的降低，

同时还会由于剩余调幅的幅度变化会在PSK/FM/PM/QPSK等解调器输出端产生有害输

出重量。而M太小，则可能引起跟踪通道归一化差斜率的降低，同样不利于跟踪和差信号

的提取。卜.而就这几个问题进行简洁的分析。

(1)系统噪声温度变差假设和、差通道的馈线插损相同，场放增益相同及天线噪温相同，

则此时通道合并点的噪温为

Tg=LTa/L+(1-1〃)7。+乙

+［乙〃+(1-1〃)〃+T3AlemA

=T.(l+M)(17)

由式(17)可知，通道合并点的噪温与M的选择关系很大，选择不合理睬引起系统噪声

温度的增加，影响系统的G/T值和相关的系统指标。

(2)相位抖动和隔相变换增大

由式(11)和式(13)可知，在M肯定的状况下，0为零时，*=0,调制时合成

信号的相位没有影响。但0往往不为零，差信号对和信号进行幅度调制，0越大，调制

深度越深，从而会引起合成信号的幅/相变化。此外合成信号的相位也随