连续波与脉冲调制技术在场面监视雷达中的应用

王朝晖(民航华北空管局指挥部,北京 100621)

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摘要:本文对机场监视管理的需求进行了深入的分析,详细介绍了连续波雷达和脉冲波雷达的工作原理,并对各自的

优缺点进行分析,为对机场内的飞行器、车辆等移动目标监视设备选型提供可靠依据。关键词:场面监视雷达;线性调频连续波;脉冲调制d o I:10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.08.011

中图分类号:U675.75 文献标示码:A 文章编码:1672-7274(2017)08-0028-02

Pulse Modulation Technique in Surface Movement Radar

Wang Zhaohui

(North China Regional Air Traffic Management Bureau of Civil Aviation of Chinaheadquarters, Beijing, 100621)

Abstract: This paper makes a deep analysis of the airport surveillance management requirements, details of the continuous wave radar and pulse wave radar working principle, and analyzes their shortcomings, and provide a reliable basis for the airport's aircraft, vehicles and other mobile surveillance equipment selection.

Keywords: Surface Movement Radar; linear frequency modulation continuous wave; pulse modulation

1 引言

近年来,机场飞机起降架次迅猛增长,场内的飞行器和车辆的活动越加频繁,利用塔台目视监视管理机场的方式已经不能满足机场交通安全的需要。在有限的空间及各种天气条件下管理好飞机和不断增多的飞行器与地面车辆,成为大型机场迫在眉睫的问题。为解决上述问题,北京、广州、上海、成都等大型国际机场先后引进了场面监视雷达,它是一种非协作式的监视设备,主要为塔台管制员提供场面移动目标的监视信息。可帮助管制员在不同状况下掌握机场场面的交通状况,有效改善机场场面的管理效果和安全性,有助于提升地面运行的效率。

2 场面监视雷达概述

场面监视雷达是一种以雷达的功能分类命名的。而以雷达信号形式来分类,常分为脉冲雷达和连续波雷达。脉冲雷达收发公用天线,在发射期间关闭接收机,发射信号结束后,接收机开始工作,通过测量发射信号与接收信号之间的时间差来获得 目标的距离。而连续波雷达则完全不同,由于发射机和接收机都是连续工作的,所以它只能采用收发独立的双天线的结构(如图1所示)。

3 关键技术

3.1 连续波雷达

连续波测距方式是使用线性调频技术使发射信号具有时间信息,收发信号的频率差与时间成正比关系,通过测量发射信号和接受信号之间的频率

差来获得目标的距离信息(见图2、图3)。发射信号F (tx)和接收信号f(rx)的频率差deltaf,通过信号

频率线性变换关系就可以得到发射信号与接收进行之间的时间差,通过时间差就可以计算目标对于雷

达站的距离。目前INDRA场监雷达头使用的是连续被技术,使用全固态发射机,发射功率为5W。

3.2 脉冲雷达介绍

脉冲雷达周期性地发射高频脉冲信号并通过天线进行辐射,发射结束后雷达进入接收状态,雷达接收机接收目标反射回来的回波信号,通过计算发射脉冲和回波脉冲之间的时间差来计算目标的距离。信号从发射到接收走过两个目标的距离,所以

目标的实际距离为R=C*T/2,TERMA场监雷达头就

是使用的这种方式,它的采用磁控管发射机发射峰

值功率为25~30kw,脉冲宽度为40ns。

4 两种技术的比较

由此可见,脉冲雷达和连续波雷达在原理上是完全不同的。连续波雷达由于发射机、接收机同时工作,所以存在收发隔离的问题,这大大限制了发射机的发射功率也限制了连续波雷达的作用距离,导致了连续波雷达的理论研究和技术发展落后于脉冲雷达。但连续波雷达特殊体制使其具有脉冲雷达所不具备的优点,主要有:

(1)距离分辨率高。在脉冲雷达中,距离与时 间为线性关系。要提高距离分辨率,必须提高A/D采

样频率,而线性调频连续波雷达的频率采样实在差频信号中完成的,因此只要采样信号频率满足最大差频的采样定理,就可以实现极高的频率分辨率。

(2)没有距离盲区。在脉冲雷达中发射脉冲持

续期间内接收机必须停止工作,而这段时间内的目标回波将无法处理,因此存在最小作用距离的技术限制。而连续波雷达发射机和接收机同时工作,保证所有距离范围内的信号都能接收。

(3)发射功率低,全固态发射机。根据雷达方程,在噪声信号一定的情况下,雷达的检测能力由信号能量决定。连续波雷达采用超大时带积信号,因此接收机灵敏度高。因此和脉冲雷达相比,可以实现相同的作用距离,而不需要很大的发射功率。所有连续波雷达可以使用全固态发射机,这有助于减少设备故障率,降低运行成本。

(4)抗干扰能力强。由于连续波雷达信号体

制,可以简单方便的滤除单一频点的信号干扰和短脉冲干扰。

鉴于以上连续波雷达的特点,可以看出其十分适用于要求作用距离近、目标分辨率高的民航机场场内飞机和车辆的监视的用途。

5 结束语

随着微波器件和计算机技术的飞速发展,制约连续波雷达发展的技术瓶颈已经逐步解决。在不远的将来,连续波雷达必将大量进入场监雷达市场,届时将和传统的脉冲场监雷达及ADS-B、多点定位等监视技术一同提升机场场面的监视能力,改善场内交通管理效率,提高机场运行安全性,满足航空运输安全、高效、环保的发展要求。■

参考文献

[1] Indar SMR技术手册

[2] TERMA SCANTER 2001Transceiver Instruction Manual

图1 天线示意图

图3 连续波雷达距离计算公式

图5 连续波雷达频率分集原理

图2 连续波雷达工作原理

图4 脉冲雷达工作原理

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