[科普中国]-遥测天线

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天线是“辐射或接收无线电波的工具’’。换句话说，天线是自由空间与导波装置之间的过渡设备。其中，发射天线的作用是将高频电流变换成电磁波，向规定的方向发射出去；接收天线的作用是将来自一定方向的无线电波还原为高频电流，经过馈线送入接收机的输入回路。这种高频电流和电磁波之间的能量变换是可逆的，即从理论上讲，发射天线可以当作接收天线使用，接收天线也可以当作发射天线使用。除了发射或接收能量以外，通常还要求天线能够优化或增强某些方向上的辐射能量，并抑制其他方向的辐射能量。因而天线除了作为探测装置以外，还应当作为定向装置。工程上采用一些特性参量来表征天线的性能，如方向图、主瓣宽度、副瓣电平、方向性系数、增益、极化、输入阻抗等，对于特殊的天线还有一些特殊指标要求。1

机载遥测天线国内、外测量飞机所用机载遥测天线，一般有三种形式，即：天线阵、机械跟踪天线和相控阵天线。天线阵即在飞机的不同位置设置多副天线，如在机头两侧、机尾或机翼两端等，用多副天线方向图的拼接，来保证其覆盖范围。它的优点是天线简单，造价低凛；缺点是天线方向图拼接存在凹点，易丢失信号。另外，由于天线多，接收机也多，造成信道设备造价偏高。

机械跟踪天线常采用新型抛物面天线，用四喇叭或四振子实现方位、俯仰跟踪。它的优点是天线跟踪范围较宽，但是，由于其工作在高空、低温和灰尘等恶劣环境中，机械结构的维护、保养困难，直接影响其工作的可靠性。国外较典型的是18英寸和24英寸天线，其跟踪范围为：方位+60°，俯仰一60至+10°。相控阵天线，由于其阵元比天线阵多且分布均匀，跟踪方式为电子波束扫描，这样就克服了天线阵和机械跟踪天线的不足。但是，国外机载相控阵遥测天线大多为平面阵，且固定安装在机头两侧，所以，很难做到全方位覆盖。2

遥测天线分类目前遥测天线通常采用定向、程控、自动跟踪和数字引导四种方式，定向方式适用于被测目标运动引起遥测天线俯仰和方位变化不大的试验，不适用于远程火箭弹或导弹等遥测弹的信号接收；程控方式按照预设弹道进行跟踪，一旦发生弹道偏离，就会影响到遥测信号接收质量，甚至发生信号丢失，这样就不能满足全弹道、高质量遥测信号的要求；自跟踪方式适用于飞机等慢速目标的跟踪，而火箭弹或导弹等最高弹速均达到5M以上，自跟踪方式容易发生信号丢失，从而影响接收质量；数字引导是采用外来引导数据引导天线跟踪被测目标，现在大多采用雷达提供的引导信息，由于雷达跟踪距离的限制，也存在不能全弹道跟踪被测目标等问题。3

天线校准单天线校准遥测天线校准通常采用误码仪产生的信号经调制后送入校准天线发射，接收机收到信号解调后，再送入误码仪测量链路误码率完成单天线校准。

多天线校准为保证多试验对象的遥测数据同时接收，试验场所需配备数量较多的遥测天线，通常这些天线位置较为分散，给天线的集中校准带来了很大困难。现行的方案是利用误码仪产生信号通过信号发生器调制后经遥测天线发射出去，接收机收到信号解调后将信号送回误码仪进行误码率测试完成单天线校准。4

应用遥测天线跟踪弹道目前，常规兵器弹箭大多射程都在150 km内，遥测接收一般采用单站首区布设的方式进行。随着常规兵器向远距离精确打击方向的发展，愈来愈多的弹箭射程均超过了300 km，受地球曲率的影响，加之弹箭总体对末弹道控制参数和引信信号数据的迫切需求，单台遥测站已无法完成遥测信号的全弹道接收，这就需要在落区或弹道中段布设遥测站进行接力接收。在中继遥测站接收过程中需要计算遥测天线理论跟踪弹道(包括天线理论跟踪俯仰角和方位角)来辅助。

建立如图所示炮位坐标系，原点O为发射台中心在发射阵地的地面投影点上，z轴为在水平面上指向落点方向，了轴为沿发射点铅垂线指向地球外，z轴为在水平面上与z轴、y轴构成右手坐标系。假设A点为弹道过程中任一点，A'为其在平面上的投影点，B点为理论落点，C点为遥测站点(遥测站点可以在平面的任意象限，图示以在第二象限为例，暂不考虑遥测站点在弹道线的正下方的情况)。计算遥测天线理论跟踪弹道包括计算天线跟踪方位角和俯仰角。

传统遥测天线理论跟踪弹道的计算方法就是在已知遥测站点(即点C)在炮位坐标系中的相对坐标的前提下计算得出遥测天线的跟踪方位角OCA'(即角α)和俯仰角ACA'(即角β)，在单站首区布站时，该相对坐标由靶场通过经纬仪精确测得。5

遥测地面站天线系统数字引导是遥测地面站天线系统的一项重要功能，就是天线控制单元根据外界引导设备提供的各时刻的天线指令位置数字信息，控制天线沿着指令位置点确定的轨迹运动，在相应的时刻使天线指向规定的位置[3]。现阶段，引导数据主要来自于雷达，如图，但是存在几个问题：

1）雷达跟踪距离不够

目前远程箭弹或导弹的射程基本在200～350km之间，而大多数常规兵器靶场雷达跟踪距离不到200km，不能满足全弹道导引要求。

2）布站位置影响

遥测地面站系统和雷达系统在实际飞行试验中，往往很难布置在同一位置或相近位置，这样就造成了数据传输困难。3