胡　詩

(武漢藏龍北路1號(hào)　武漢　430205)

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遠(yuǎn)程分布式雷達(dá)時(shí)間同步的實(shí)現(xiàn)*

胡詩

(武漢藏龍北路1號(hào)武漢430205)

摘要討論了現(xiàn)代相參雷達(dá)對(duì)時(shí)間同步的需求，提出了一種基于高穩(wěn)定時(shí)鐘和GPS秒脈沖相結(jié)合的遠(yuǎn)程分布式雷達(dá)時(shí)間同步的方法及能達(dá)到的性能，該方法既保證了系統(tǒng)長(zhǎng)期時(shí)間穩(wěn)定度，又避免了因GPS秒脈沖精度不夠帶來的短期穩(wěn)定度較低的問題，工程實(shí)現(xiàn)上具有易實(shí)現(xiàn)、可靠穩(wěn)定的特點(diǎn)，為遠(yuǎn)程分布式雷達(dá)時(shí)間同步的設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞遠(yuǎn)程分布式; 時(shí)間同步; 相參雷達(dá); 秒脈沖

Class NumberTN957

1引言

現(xiàn)代雷達(dá)多采用固態(tài)全相參技術(shù)體制，在該技術(shù)體制下目標(biāo)的雜波中發(fā)現(xiàn)概率可達(dá)50dB以上，甚至更高[1～3]。該體制下需要雷達(dá)各主要處理部分嚴(yán)格時(shí)間同步，這也是脈沖壓縮技術(shù)和動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的前提[6～7]。

圖1、圖2所示分別為不同守時(shí)精度(不同周期間的最大時(shí)間差)下MTD的效果，當(dāng)守時(shí)精度為30ns時(shí)，目標(biāo)在多普勒通道上的響應(yīng)趨于均勻分布，目標(biāo)的速度特征已失去，此時(shí)MTD在改善因子方面的效果已經(jīng)丟失，目標(biāo)的信噪比損失15dB；當(dāng)守時(shí)精度為0.25ns時(shí)，在距離多普勒譜上目標(biāo)包絡(luò)明顯，相參積累增益和改善因子性能得到保障。

實(shí)現(xiàn)相參雷達(dá)的工作性能，保證各主要部分時(shí)間同步非常重要。

圖1　守時(shí)精度為30ns時(shí)MTD效果

圖2　守時(shí)精度為0.25ns時(shí)MTD效果

2遠(yuǎn)程分布式雷達(dá)時(shí)間同步的難點(diǎn)

雷達(dá)遠(yuǎn)程分置時(shí)無法通過有線方式進(jìn)行時(shí)間同步。通過GPS/北斗的秒脈沖信號(hào)同步時(shí)，同步精度為20ns～30ns，遠(yuǎn)不能滿足要求[7,10]。如收發(fā)兩端都采用守時(shí)精度達(dá)到10-12高穩(wěn)定度的晶振，短時(shí)間穩(wěn)定度滿足要求，但是系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作后會(huì)發(fā)生頻率偏移，從而降低雷達(dá)的工作性能[5,7]。

3遠(yuǎn)程分布式雷達(dá)時(shí)間同步的方法

使用高穩(wěn)定度晶振與GPS秒脈沖相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多站之間的時(shí)間同步。GPS秒脈沖精度不夠，其誤差為隨機(jī)噪聲，呈高斯分布。對(duì)于隨機(jī)誤差，當(dāng)樣本量足夠時(shí)，其均值接近真值。實(shí)現(xiàn)方法概括如下：

1) 使用高穩(wěn)定度晶振保證短期時(shí)間(頻率)穩(wěn)定度，守時(shí)精度為10-12；

2) 使用GPS秒脈沖保證長(zhǎng)期時(shí)間(頻率)穩(wěn)定度；

3) 對(duì)GPS秒脈沖進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)GPS秒脈沖誤差隨機(jī)分布的特點(diǎn)，以多次秒脈沖的均值代替真值，提高秒脈沖的精度，使守時(shí)精度達(dá)到0.25×10-9。

時(shí)鐘校準(zhǔn)公式如下：

其中ti為第i個(gè)秒脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻，單位為ns；i為索引值，ki表示第i個(gè)秒脈沖對(duì)應(yīng)的相對(duì)時(shí)間，ki+b為第i個(gè)采樣點(diǎn)的絕對(duì)時(shí)間。b為截距，為第一個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的絕對(duì)時(shí)間的估計(jì)，b值確定后，秒脈沖出現(xiàn)時(shí)刻的估計(jì)Ti就確定了。

校準(zhǔn)時(shí)序如圖3所示，開機(jī)后在1s鐘內(nèi)會(huì)接收到第一個(gè)秒脈沖，用此秒脈沖對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，此時(shí)時(shí)鐘精度為30ns，如圖4所示；經(jīng)1分鐘后再對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行一次校準(zhǔn)，此時(shí)時(shí)鐘精度為10ns；經(jīng)1小時(shí)后再對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行一次校準(zhǔn)，此時(shí)時(shí)鐘精度為1ns；之后每一小時(shí)對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行一次校準(zhǔn)，時(shí)鐘精度可達(dá)到0.25ns以下，如圖5所示。圖6所示為時(shí)鐘誤差與校正次數(shù)的曲線關(guān)系，校正初期曲線斜率較大；超過一個(gè)小時(shí)后校正效果改善已不再明顯。

圖3　時(shí)鐘校準(zhǔn)時(shí)序

圖4　校準(zhǔn)前的秒脈沖誤差分布

圖5　經(jīng)2小時(shí)的累計(jì)校準(zhǔn)后時(shí)鐘誤差

圖6　時(shí)鐘誤差與校正次數(shù)的關(guān)系

經(jīng)100次試驗(yàn)，取平均結(jié)果，如表1中第二列所示，取100次的最差結(jié)果如表中第三列所示。

表1　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

使用不同精度時(shí)鐘的MTD效果如圖7所示。

圖7　不同時(shí)鐘精度下MTD增益對(duì)比

4結(jié)論

分布式雷達(dá)的各分離部分使用高穩(wěn)定的時(shí)鐘作為本地時(shí)鐘源；各部分使用GPS秒脈沖作為長(zhǎng)期時(shí)間穩(wěn)定度的同步信號(hào)；雷達(dá)開機(jī)時(shí)收集GPS秒脈沖信號(hào)，在開機(jī)的前1分鐘各部分分別使用本地時(shí)鐘源工作；1分鐘后使用秒脈沖同步一次，此時(shí)各部分間的時(shí)間誤差小于1.77ns；10分鐘后再用秒脈沖同步一次，此時(shí)各部分的時(shí)鐘誤差小于0.54ns；1小時(shí)后再用秒脈沖同步，此時(shí)各部分時(shí)鐘誤差小于0.22ns；再之后每隔1小時(shí)用秒脈沖同步一次，各部分的時(shí)鐘誤差小于0.12ns。時(shí)間再增加，效果不明顯。

經(jīng)過仿真，此種方法可以滿足相參雷達(dá)對(duì)時(shí)間穩(wěn)定度的要求，可以用于工程實(shí)施。

參 考 文 獻(xiàn)

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收稿日期：2016年1月9日,修回日期：2016年2月21日

作者簡(jiǎn)介：胡詩，男，研究方向：艦船指控。

中圖分類號(hào)TN957

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.07.019

Realization of Time Synchronization of Romote Distributed Radar

HU Shi

(No.1 Canglong North Road, Wuhan430205)

AbstractThis article discusses the requirements of modern coherent radar to time synchronization, and propose a method of remote distributed radar with time synchronization, which based on the combination of high stability clock and GPS second pulse, and the performance can be achieved by this method. This method not only ensure the stability of the system for a long time, but also avoids the problem of low short-term stability due to the lack of GPS second pulse precision. It has the characteristics of easy realization and reliable stability in engineering realization, which provides a way of thinking for the design of the time synchronization of the remote distributed radar.

Key Wordsremote distributed, time synchronization, coherent radar, second pulse