1 - 单脉冲角度跟踪技术研究学生尤阳班级 0209991班学号 02099043 专业电子信息工程学院电子工程学院西安电子科技大学2012年 5 月- 2 - 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，采用单通道单脉冲跟踪系统的设备越来越多，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一致问题不需要调整通道的相位除低噪放大器（LNA ）外所有的设备可以安装在机房，大大提高了设备的可靠性、使用性和维护性，同时减少了设备，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辐射特性保持不变， 而且和、 差信道及从天线的来波均为理想圆极化波。
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μ 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 = θ cosФE = θ sinФ图 2 双通道单脉冲合成矢量图- 3 - 由图2，可将ed 变换为式 中 Am μθ 为 差 信 号 的 幅 度，其 中 θ =BA22； φ = tg -1 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Am μθ 和相位φ 之中1. 单通道单脉冲的合成跟踪接收系统采用单通道时，和、差信号必须以适当的方式合成，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K、K后为差信号经四相调制后为其中， φ 为和、 差 信 号 的相 对 相位 差 β （ t ） 周期为 t4 = 1 / Ω的信号调相，在 四 相 调制 时有～ t 调制后的差信号经一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 ～ 9 dB 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ω ，将 合成信号变换后得：- 4 - 式子中角误差电压的提取只与 u （c t）的振幅 c （ t ）有关，对 u（c t）进行包络检波取出 c(t): 经检波滤去直流分量得：- 5 - 在四相调制的一个周期内，根据β（ t ）的不同取值有：设备调试时， 调整和、 差信号合成前的相对相位差接近为零， 即 φ≈0，因为 A = θcosφ，E = θsin φ（ 参 见图 2 ） ，则上式变为经 cos（Ωt ）的本地信号鉴相后可得经与 sin （Ωt ）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 、采用 6 位移相器实现四相调制和角跟踪解调的方法 通常情况下， 在微波上直接实现四相调制难度比较大一方面该调制器必须放在天线上，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容易做好；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一种应用较为广泛的方法就是通过连续改变 6 位移相器的相位值，以达到改变载波相位的目的，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 位相位的控制，每位按 2n 进行相位的控制，其中 n = 1 ～ 6 ，最小一位的相位移为 5. 625o，最大的一位是 180 o通常情况下，移相值的变化是通过对 6 位相位的控制来实现的， 通过 6 位不同组合完成不同的相位控制控制信号一般采用常用的 TTL 高、低电平进行控制2. 采用 6 位移相器实现四相调制的方法根据移相器的基本原理我们知道，其中的一位是 90 o，还有一位是 180 o，通过时间同步的方法，可 分别对 90 o和 180 o 的移相值进行连续控制，以达到最终实现来波相位 90 o、 180o、270o、 360o 的连续变化，从而实现四相调- 6 - 制。
通常的方法是，由终端产生一组频率为Ω 和 2 Ω 的低频 TTL 方波信号，使其组合成复合控制信号，在时间为Ω 的周期内，控制 6 位移相器，在控制信号时间同步的情况下，满足表 1 所示的关系表 1 时间、电平、相位的关系时间TTL 电平6 位移相器的相位值方波 1方波 290 o180 ot0 ～t10000t1 ～t201090 ot2 ～t310180 o0t3 ～t411180 o90 ot0 ～t10000该信号以Ω为 周 期， 连 续 可 变 即 可 实 现 四 相 调 制，方 波 1 控制 90o位， 方 波 2 控制 180o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 过一定向耦合器与和信号相加， 完 成信号 的合成， 生 成 信 号 uc(t)一分为二后与频率为Ω的调制控制信号和移相90o合成后的信号通过变频放大后送入接收机进行载波的锁定和检波后即可得到频率为Ω 并含有方位和俯仰信息的合成信号，即将其一分为二后与频率为Ω的调制控制信号和移相 90 o的控制信号进行相干检波，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、差信号相位不一致带来的问题通道合并为单通道以前，仍然是双通道单脉冲系统，因此和、差 LNA 间的相位不一致，也会产生交叉耦合分析如下：根据式（ 15）将 co （s φ - φ）和 sin （φ - φ）展开由上式知道，由于有φ 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，交叉耦合越大，同时还会造成角误差灵敏度的降低直观地从 70MHz 上观察载波， 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，通过改 变移相器的相位， 确保和、 差合成信号的相位相对一致，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- 7 - 号相对相位的目的6 位 移相器的使用，既简化了设备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. 625o，此时的交叉耦合为 1 / 9. 8，完全能满足角跟踪系统的要求2. 移相器控制信号和解调器参考信的相位同步问题若调制和解调的控制信号不同步，会造成定向灵敏度的降低， 并产生交叉耦合，因此控制信号的产生和传输都必须精心设计。
一方面要考虑所有的控制信号最好是同源产生的，另一方面还必须考虑信号在长线传输过程中的抗干扰问题，第三是控制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 的选择非常重要，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，同时还会因为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分量 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下面就这几个问题进行简单的分析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，选择不合理会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）相位抖动和幅相变换增大由式（ 11）和式（ 13）可知，在 M 一定的情况下，θ 为零时， ψ = 0 ，调制对合成信号的相位没有影响但 θ 往往不为零， 差信号对和信号进行幅度调制，θ 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θ 的变化而增加， 可以理解为合成信号的相位抖动这两种情况都将直接影响合成信号终端对 PSK / FM / PM / QPSK 等信号的解调同理若 M 值选择过大也将直接影响合成信号的解调3）差斜率变差根据式（ 13）我们同样知道，若 M 选择太小，将直接影响跟踪通道归一化差斜率的降低，不利于误差信号的提取，还会引起角跟踪随机误差的增加，影响跟踪的特性五、结束语通过以上分析，我们对单通道单脉冲自跟踪系统有了进一步的了解和认识6 位移相器的使用，使该种跟踪系统的设计更为简洁，调整、调试更为方便，而且设备的可靠性、维修性大大提高，在各工程中的应用都非常成功参考文献［1］ 柯树人 . 差信道采用四相调制的伪单脉冲自跟踪方法［J］. 通信与控制， 1998， （3） ：1 ～ 6. ［2］ 杜浩维 . 遥感与测控站天线跟踪系统的兼容设计问题［J］. 通信与控制， 1995， （1） ：1 ～ 8. ［3］ 扩频信号跟踪测角技术研究［ J ］. 无线电工程，2004， （1） ：31 ～ 38. - 8 - - 9 - 。