專利名稱：基于干涉儀體制的航管二次雷達應(yīng)答信號測向方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于干涉儀體制的航管二次雷達(以下簡稱二次雷達)應(yīng)答信號測向方法。
背景技術(shù)：
二次雷達由地面詢問機和機載應(yīng)答機組成，二次雷達系統(tǒng)是實現(xiàn)空中交通管制的重要手段。地面詢問機以1030MHz信號對機載應(yīng)答機進行定向詢問，包括A、C模式，機載應(yīng)答機收到有效詢問信號后以對應(yīng)模式1090MHz信號全向應(yīng)答，地面詢問機檢測到對應(yīng)應(yīng)答信號就實現(xiàn)了對載機的探測定位和信息獲取。機載應(yīng)答機同時可接收機載防撞系統(tǒng)ACAS發(fā)起的詢問信號，包括A、C、S模式，并以對應(yīng)模式進行全向應(yīng)答。二次雷達相對一次雷達具有許多優(yōu)點發(fā)射功率小、抗地物雜波干擾能力強、能夠 獲取飛機批號和高度信息等。但也存在不足為了獲取高的測角精度，二次雷達地面詢問天線采用窄波束設(shè)計，方位面3dB波束寬度一般不超過10度，通過機械掃描實現(xiàn)寬空域覆蓋；地面詢問機需主動發(fā)射詢問信號，因此系統(tǒng)復雜、功耗大、造價高。二次雷達地面詢問機主要布設(shè)在機場和一些重要航路節(jié)點，在其覆蓋范圍之外的區(qū)域，目前還缺乏有效的對空監(jiān)視手段和設(shè)備。我國陸地和海洋邊界線長而曲折，為了對進入我國領(lǐng)空的民航飛機進行有效監(jiān)視，亟需提出一種新的探測方法，并要求新方法具有系統(tǒng)簡單、設(shè)備造價低、能高精度測量飛機方位等特點。無源測向通過無源接收目標信號來對目標進行測向，不需要發(fā)射機，因此從降低設(shè)備成本來說是合適的。針對A、C模式，通過信號無源接收可對載機平臺進行測向，同時解算信息；針對S模式，除可對載機平臺進行測向外，通過對報文信息解析提取經(jīng)度、緯度、高度數(shù)據(jù)還可對載機平臺進行無源定位。二次雷達機載應(yīng)答機可以全向接收詢問信號，特別是在二次雷達地面詢問機覆蓋范圍之外的區(qū)域可接收機載防撞系統(tǒng)ACAS發(fā)起的詢問信號，并進行全向應(yīng)答，而隨著航空運輸業(yè)的發(fā)展，在今后民航飛機均會強制要求安裝和使用ACAS，因此無論從技術(shù)實現(xiàn)上，還是從外部條件上來說對二次雷達應(yīng)答信號進行無源接收和測向都是可行的。相位干涉儀測向技術(shù)具有測向精度高、瞬時測向范圍寬、測向速度快、能被動測向等優(yōu)點，被廣泛用于電子偵察領(lǐng)域的測向設(shè)備中。為了提高測向精度，就要求大的基線尺寸；而基線尺寸增大到一定長度時會引起相位測量模糊。工程上圍繞如何解相位模糊提出了很多方法，其中較簡單的要算長短基線法，長基線用于保證測向精度，短基線用于解相位模糊。相位干涉儀測向技術(shù)還有一個很大的缺陷在越靠近天線基線方向的區(qū)域測向誤差越大，在天線基線方向上測向誤差為無窮大以致不能測向。二次雷達地面詢問系統(tǒng)功耗大、造價高、覆蓋范圍有限。怎樣通過一種低成本、功能滿足要求、性能優(yōu)越的方法來對二次雷達地面詢問系統(tǒng)作用范圍外的空中飛機進行有效監(jiān)視，提升對空監(jiān)視范圍，是空管監(jiān)視領(lǐng)域亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對二次雷達地面詢問系統(tǒng)的不足，空管監(jiān)視領(lǐng)域提升對空監(jiān)視范圍的需求，以及單基線相位干涉儀測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應(yīng)答信號測向方法。為實現(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應(yīng)答信號測向方法，該方法基于二次雷達應(yīng)答信號地面測向系統(tǒng)，所述系統(tǒng)由3個定向天線單元構(gòu)成測向天線陣，其特征在于增加I個寬波束天線單元，用于接收旁瓣抑制和控制最大瞬時測向范圍，還包括以下步驟
步驟I :自動幅相校準；
步驟2 :接收信號；
步驟3 :參數(shù)測量；完成各接收通道信號頻率、幅度、相位的參數(shù)測量；
步驟4 :接收旁瓣抑制；通過旁瓣抑制控制最大瞬時測向范圍；
步驟5 :相位差計算及解相位模糊，通過基于窮舉的長短基線法實現(xiàn)解相位模糊；
步驟6 :通過相位方位映射完成方位解算。優(yōu)選方案步驟I中通過控制幅相校準電路，產(chǎn)生幅相校準信號，經(jīng)過等功分后分別耦合進入甲、乙、丙、丁共4路接收通道，在各接收通道輸出端分別測量幅度、相位數(shù)據(jù)，找到由通道失配帶來的固有相位誤差、幅度誤差。 優(yōu)選方案步驟2中4個天線單元根據(jù)來波信號形成4路接收信號，4路射頻通道分別對各自射頻信號進行預選、低噪聲放大、濾波等信號調(diào)理，然后進行同步射頻數(shù)字化。優(yōu)選方案對步驟3輸出的信號參數(shù)進行計算，主要有兩類一是幅度比較，當3個定向通道幅度值均高于旁瓣抑制通道幅度值時，認為信號來自定向天線單元主瓣瞬時測向范圍內(nèi)，正常輸出；反之則抑制；二是相位比較，以長、短基線共用通道為基準通道，另兩個定向通道與基準通道分別求取相位差，記為短基線相位差測量值、長基線相位差測量值。優(yōu)選方案步驟4中將通道4幅度值分別與通道甲、乙、丙幅度值進行比對，若通道4幅度值均小于通道甲、乙、丙幅度值，則認為是來自瞬時測向范圍內(nèi)的信號，否則為瞬時測向范圍外的信號，不處理。優(yōu)選方案步驟5中在解長基線相位模糊時，根據(jù)選定的基線尺寸和最大瞬時測向范圍，估計出最大模糊系數(shù)，并根據(jù)不同的模糊系數(shù)窮舉所有可能的長基線相位差值，然后通過長短基線尺寸與對應(yīng)相位差之間的關(guān)系，通過比對找到長基線相位差真值。優(yōu)選方案步驟6中在進行方位角解算時，將二次雷達應(yīng)答信號的波長作為常數(shù)，通過查表方式實現(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)成一維線陣測向天線陣，其中天線單元甲為基準天線；天線單元甲與天線單元乙之間距離O. 2m，用于在最大瞬時測向范圍內(nèi)解相位模糊；天線單元甲與天線單元丙之間距離O. Sm，用于提升測向精度；在天線單元乙和天線單元丙之間增加一個寬波束天線單元丁，用于抑制天線單元甲、乙、丙旁瓣，同時對其主瓣進行壓縮，使得最大瞬時測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)有長短基線相位干涉儀測向方法相比它增加了一個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測向范圍；通過窮舉模糊系數(shù)實現(xiàn)解長基線相位模糊，解決了鑒相器邊界粗大誤差對測向精度的影響；通過相位差方位角映射查表方式實現(xiàn)方位解算，避免了直接解算反正弦函數(shù)實現(xiàn)的復雜度，提高了實時性。該方法應(yīng)用于對二次雷達應(yīng)答信號進行測向的無源測向系統(tǒng)，能夠使相應(yīng)的系統(tǒng)具有能被動測向、瞬時測向范圍大、測向精度高、實時性好、功耗小等特點。可實現(xiàn)對二次雷達應(yīng)答信號寬視野、快速、高精度無源方位測量，在此基礎(chǔ)上配合轉(zhuǎn)臺在方位面進行旋轉(zhuǎn)可實現(xiàn)對目標的全方位覆蓋。使用本方法的測向系統(tǒng)測向精度高、測向速度快、瞬時測向范圍大、能被動測向、功耗低、成本低。本發(fā)明的二次雷達應(yīng)答信號測向方法已經(jīng)得到實驗室的實驗性驗證，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)濟效益。


圖I為單基線相位干涉儀原理 圖2為二次雷達應(yīng)答信號測向方法原理 圖3為最大瞬時測向范圍控制原理 圖4為實施實例步驟流程 圖5為解相位模糊流程圖。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，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。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，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，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。一維線陣單基線相位干涉儀測向原理參見圖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，輻射源信號進入兩個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應(yīng)答信號測向方法，該方法基于二次雷達應(yīng)答信號地面測向系統(tǒng)，所述系統(tǒng)由3個定向天線單元構(gòu)成測向天線陣，其特征在于增加I個寬波束天線單元，用于接收旁瓣抑制和控制最大瞬時測向范圍，還包括以下步驟 步驟I :自動幅相校準； 步驟2 :接收信號； 步驟3 :參數(shù)測量；完成各接收通道信號頻率、幅度、相位的參數(shù)測量； 步驟4 :接收旁瓣抑制；通過旁瓣抑制控制最大瞬時測向范圍； 步驟5 :相位差計算及解相位模糊，通過基于窮舉的長短基線法實現(xiàn)解相位模糊； 步驟6 :通過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應(yīng)答信號測向方法，其特征在于步驟I中通過控制幅相校準電路，產(chǎn)生幅相校準信號，經(jīng)過等功分后分別耦合進入甲、乙、丙、丁共4路接收通道，在各接收通道輸出端分別測量幅度、相位數(shù)據(jù)，找到由通道失配帶來的固有相位誤差、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應(yīng)答信號測向方法，其特征在于步驟2中4個天線單元根據(jù)來波信號形成4路接收信號，4路射頻通道分別對各自射頻信號進行預選、低噪聲放大、濾波等信號調(diào)理，然后進行同步射頻數(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應(yīng)答信號測向方法，其特征在于對步驟3輸出的信號參數(shù)進行計算，主要有兩類一是幅度比較，當3個定向通道幅度值均高于旁瓣抑制通道幅度值時，認為信號來自定向天線單元主瓣瞬時測向范圍內(nèi)，正常輸出；反之則抑制；二是相位比較，以長、短基線共用通道為基準通道，另兩個定向通道與基準通道分別求取相位差，記為短基線相位差測量值、長基線相位差測量值。
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應(yīng)答信號測向方法，其特征在于步驟4中將通道4幅度值分別與通道甲、乙、丙幅度值進行比對，若通道4幅度值均小于通道甲、乙、丙幅度值，則認為是來自瞬時測向范圍內(nèi)的信號，否則為瞬時測向范圍外的信號，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應(yīng)答信號測向方法，其特征在于步驟5中在解長基線相位模糊時，根據(jù)選定的基線尺寸和最大瞬時測向范圍，估計出最大模糊系數(shù)，并根據(jù)不同的模糊系數(shù)窮舉所有可能的長基線相位差值，然后通過長短基線尺寸與對應(yīng)相位差之間的關(guān)系，通過比對找到長基線相位差真值。
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應(yīng)答信號測向方法，其特征在于步驟6中在進行方位角解算時，將二次雷達應(yīng)答信號的波長作為常數(shù)，通過查表方式實現(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應(yīng)答信號測向方法，其特征在于定向天線單元甲、乙、丙排列在一條直線上，構(gòu)成一維線陣測向天線陣，其中天線單元甲為基準天線；天線單元甲與天線單元乙之間距離O. 2m，用于在最大瞬時測向范圍內(nèi)解相位模糊；天線單元甲與天線單元丙之間距離O. Sm，用于提升測向精度；在天線單元乙和天線單元丙之間增加一個寬波束天線單元丁，用于抑制天線單元甲、乙、丙旁瓣，同時對其主瓣進行壓縮，使得最大瞬時測向范圍處于天線陣視軸左右30度內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于干涉儀體制的航管二次雷達應(yīng)答信號測向方法，涉及無線電監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，所述方法通過帶接收旁瓣抑制天線單元的4陣元測向天線陣，接收二次雷達應(yīng)答信號，4路接收通道分別對頻率、幅度、相位參數(shù)進行數(shù)字測量，然后進行控制瞬時測向范圍的接收旁瓣抑制、基于窮舉的長短基線解相位模糊，最后通過相位方位映射完成方位解算。應(yīng)用本發(fā)明的二次雷達應(yīng)答信號測向系統(tǒng)具有測向精度高、測向速度快、瞬時測向范圍大、能被動測向、功耗低、成本低等優(yōu)點，對于空管監(jiān)視領(lǐng)域中提升對空監(jiān)視范圍具有很好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟效益。
文檔編號G01S3/46GK102944866SQ20121050804
公開日2013年2月27日 申請日期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 申請人:四川九洲電器集團有限責任公司