摘要：雷达方位角是雷达信号的主要参数，精确、实时地测出雷达方位角，对分选识别雷达信号和对雷达的实时干扰十分有效。本文主要介绍了一种多波束比幅测向方法，论述了多波束测向系统的工作原理以及相应的实现方式，通过对多波束测向天线进行波束整形处理和幅度一致性校正，提高了测向精度。
关键词：多波束测；向雷达；波束整形
【分类号】：TP391.721 引言
现代电子战中，面临密集、复杂和捷变的电子信号环境，雷达侦察系统必须全频段、全方位、实时准确、高分辨率地测量雷达信号的各项参数[1]。随着相控阵雷达的广泛使用，迫切需要研制高截获能力、高灵敏度、功能强大的适应现代电子战环境的新体制雷达侦察接收机，多波束测向技术便是比较好的选择。
2 多波束测向原理
多波束测向是通过比幅实现测向。多波束比幅测向技术是通过对覆盖所需侦察空域的2个或者3个喇叭天线所接收到的信号幅度进行比较来确定信号到达角度的，三喇叭比幅测向系统要求每个喇叭天线和其接收通路都有着严格一致的幅度特性，天线波束指向示意图如图1所示[2]。
两波束比幅测向算法通常是，当确定第M个波束信号为最大时，在（M-1）号和（M+1）号波束中找出次最大波束号，如（M-1）号为次最大，则取式（2）计算；如（M+1）号波束为次最大，则取式（3）计算，从而确定辐射源的方位角。
3 多波束测向系统组成及工程实现
3.1 多波束测向系统组成
多波束测向系统主要由测向天线阵列、幅相一致性接收通道、校正/自检通道和测向处理模块组成，系统组成框图如图2所示。
如图2所示，测向天线阵接收到的信号经过N通道高灵敏度幅相一致性接收通道进行滤波、放大后，按照需要分别送到测向处理模块；数字信道化处理模块对接收到的中频信号先进行高速A/D采样，然后利用高性能FPGA对信号进行信道化处理，完成脉内测频、数据校正、比幅测向、信号类型识别、数据存储与回放，并将信号分选结果送给终端计算机；校正/自检通道通过N功分器将自检信号分为N路送给N个接收通道，用以检测各接收通道是否工作正常。
3.2 接收通道幅度一致性校正
从比幅测向原理我们知道，提取通道幅度差信息的数学模型是假定各通道间的幅相特性完全一样，通道间的幅度差仅仅由电磁波到达该通道天线时的增益差引起。而实际上天线的加工误差、器件的离散特性等种种原因造成通道间的幅相特性不可能完全一致，要想提高测角精度必须对通道幅相特性进行仔细调配，尽力向理想通道模型逼近[3]。
限于现在的机加工水平，即使严格挑选通道前端的微波器件并精心配置每一根电缆也很难满足系统对通道幅度一致性的苛刻要求，因此，必须通过校正手段去除大部分的通道幅度失衡误差。整个校正过程采用内置校正源法完成，通过终端界面控制接收机内置校正源进行幅度校正，将接收机通道间的固有幅度失衡误差测出并记录，建立校正表，通过校正后各通道的幅度一致性能得到比较好的保证。
3.3 天线波束整形处理
传统比幅测向方法因为受到天线波束宽度和通道幅度一致性的影响，波束宽度因频率和信号极化方式不同而有较大不同，这势必降低测向精度。在理想的天线波速宽度下，两个天线波束相交点的电平为-3dB，但是在实际电子战系统中，低频段天线波束宽度偏宽，波束交点电平远远小于-3dB，相邻两天线幅度差因斜率太低而影响测向分辨率；高频段天线波束宽度偏窄，波束交点电平远远大于-3dB，在一定程度下会影响系统工作灵敏度。为了提供测向精度，需对天线波束进行波束整形处理，满足理想的波束恒定性[4]。
通常情况下，不同天线的增益和波束宽度都会有些差异。波束整形处理就是根据频率先将相邻两个天线按照增益最高的波束归一化处理，并且两天线波束相交点的电平值可以测出，假如相交点电平不是-3dB，需要将相交点电平乘以一个系数使之等于-3dB，这个系数就是天线波束的整形值。整个系统按照频率对天线波束建整形系数表，经过波束整形处理后进行比幅测向计算，即在波束恒定情况下可以获得高的测向精度。天线波束整形处理对比图如图3所示。
3.4测向处理模块
对于数字信道化之后的各自信道信号，利用门限检测模块得到信号保宽，通过保宽来选择实际信号所在的通道，将两路中频信号送给比幅测向模块进行测向。比幅测向模块分别对两路复信号进行求模值平方，再取对数运算，利用测量频率查表得到天线对应的波束宽度整形系数和幅度校正值，按照比幅测向计算公式计算得到信号到达方位角。
幅度差法测向对信噪比要求较高，用8点幅度差的平均减少噪声对比幅测向的影响，则输入信号幅度差为：
4 工程样机测试结果
以测试2GHz～6GHz波段频率范围为例，本设计中多波束测向系统在实验室条件下，成功实现各项指标，测频精度小于0.5MHz，测向精度小于1.5°，具有信号处理、数据存储和回放功能。
5 结束语
通过对多波束测向系统的研制及对样机进行测试等相关工作，充分证明了这种多波束测向方法的可行性和技术优势。
多波束测向方法通过幅度一致性校正和对天线波束进行整形处理设计，满足了比幅计算的波束恒定特性，提高了测向精度；采用数字信道化化技术，在高速、高精度和高实时性信号处理方面具有较好的优势；具有数据存储与回放功能，实现战场情报事后分析功能，满足日益发展的电子战领域需求；在目前硬件基础上，可以增加脉内分析功能，提高系统灵敏度和动态范围，从而使多波束测向可以更好适应车载、机载、舰载等电子对抗领域。
参考文献
[1] 唐龙. 测频测向一体化接收机的研究与设计[J].电子技术与软件工程，2015，（2）：139-140.
[2] 江海清，陆志宏等. 一种数字信道化接收机参数编码方法[J].北京理工大学学报，2011，31（6）：714-716.
[3] 段国文. 基于多波束测向技术的自动测试系统设计与实现[J].舰船电子对抗，2008，28（12）：58-60.
[4] 赵巾卫. 数字式多基线干涉仪测向技术[D].南京：南京理工大学硕士论文，2007：26-32.
作者简介
袁红伟（1981-）男，工程师，主要研究方向：雷达对抗及信号处理。
