前兩天跟一個客戶見面的時候，客戶問我：遙測自跟蹤天線能夠跟蹤目標，是什么原理？不需要目標的位置，怎么做到自跟蹤的？

突然一瞬間，有點語塞。

難道要介紹天線、饋源、極化、左旋、右旋、和差網絡、耦合器、跟蹤接收機，然后再推導一下公式嗎？

如果這樣的話，客戶就崩潰了，我自己也會崩潰。

所以，我就采取了另外一種方式，一種非常不嚴謹，有很多漏洞的方式做了介紹。

什么是自跟蹤天線

在遙測/圖傳/數據鏈的地面定向天線有幾種跟蹤模式？中我們介紹了遙測地面站定向天線的跟蹤模式主要有：

程序跟蹤、引導跟蹤、記憶跟蹤、手動跟蹤、自跟蹤、自動搜索。

其中程序跟蹤、引導跟蹤、記憶跟蹤都依賴于飛行目標的位置、速度信息。地面站根據飛行目標的位置和速度信息計算飛行目標和地面天線的方向矢量，進而計算出地面天線需要轉動的方位角和俯仰角，然后通過伺服結構調整天線姿態，使得天線的波束中心對準飛行目標。

而自跟蹤模式，是完全依賴對遙測信號的檢測，對天線接收的遙測信號進行各種變換，得到方位誤差信號和俯仰誤差信號。

伺服機構根據方位誤差信號調整天線的方位角。

伺服機構根據俯仰誤差信號調整天線的俯仰角。

最終使得地面天線波束中心對準飛行目標。

下面這個是遙測平板自跟蹤天線的實物圖片。

自跟蹤天線的組成

我們對遙測自跟蹤天線的組成做最簡化的處理，天線系統的組成如下圖所示：

遙測自跟蹤天線組成

其中天線拋物面反射面把遙測信號匯集到饋源位置；

遙測天線的饋源是五單元雙極化正交結構。饋源三維視圖如下圖所示。

遙測天線饋源

中間的饋源T是和接收單元，四周的4個饋源（A、B、C、D）是跟蹤單元。如下圖：

5個饋源

我們假定X代表水平方向，Y代表垂直方向。這4個饋源的輸出的4個信號分別為A、B、C、D。

X軸把4個饋源分成2組，A和C位于X軸上方，B和D位于X軸下方；

Y軸把4個饋源分為2組，A和B位于Y軸左側，C和D位于Y軸右側；

如果天線在俯仰方向轉動，相當于饋源陣列繞著X軸轉動；

如果天線在方位方向轉動，相當于饋源陣列繞著Y軸轉動；

饋源后端的和差網絡的結構如下圖所示：

和差網絡

圖中MTree就是和差網絡，對輸入的信號分別做加法和減法。

第一個Mtree1的輸入是A和B，第二個Mtree2的輸入是C和D。

第一個Mtree1的輸出是A+B和A-B；

第二個Mtree2的輸出是C+D和C-D；

以此類推，

第三個Mtree3的輸出有2個，分別是：

和信號：(A+B)+(C+D)，稱為"和信號"

差信號：(A+B)-(C+D)，稱為"方位誤差信號"

第四個Mtree4的輸出是和信號是(A+C)-(B+D)，稱為"俯仰誤差信號"

和差網絡產生的3個信號(A+B)+(C+D)、(A+B)-(C+D)和(A+C)-(B+D)輸出給跟蹤接收機。

跟蹤接收機將3個信號轉換為伺服機構的控制信號，然后驅動伺服機構轉動天線。

基本跟蹤原理

當天線的波束中心完全對準飛行目標的時候，5個饋源陣列的中心的T饋源接收的信號最大。同時A、B、C、D這4個饋源接收的信號幾乎相等。

此時和信號(A+B)+(C+D)最大，

差信號(A+B)-(C+D)≈0，(A+C)-(B+D)≈0。

如果天線波束中心在俯仰角度上偏離了飛行目標，俯仰誤差信號(A+C)-(B+D)不再≈0。

★

這個(A+C)-(B+D)信號的幅度代表了天線波束中心在俯仰方向上偏離飛行目標的程度（俯仰角偏離了多少度），這個信號的極性（正負號）代表了天線波束中心在俯仰方向上偏離的方向（向上偏離還是向下偏離）。

同理，如果天線波束中心在方位角度上偏離了飛行目標，方位誤差信號(A+B)-(C+D)不再≈0，相反，這個(A+B)-(C+D)信號的幅度代表了天線波束中心在方位方向上偏離飛行目標的程度（方位角偏離了多少度），這個信號的極性（正負號）代表了天線波束中心在方位方向上偏離的方向（向左偏離還是向右偏離）。

跟蹤接收機的作用就是把方位誤差信號(A+B)-(C+D)和俯仰誤差信號(A+C)-(B+D) 轉換成伺服機構能夠識別的電壓信號AGC電壓，也可以通過串口RS232/RS422輸出電壓的數值。

該電壓的數值和方位誤差信號(A+B)-(C+D)、俯仰誤差信號(A+C)-(B+D)成線性關系。

當然在實際工程中通常采用歸一化處理，也就是用 差信號/和信號 以消除信號強度的影響，如下：

★

伺服機構根據跟蹤接收機輸出的誤差電壓，可以轉換成俯仰誤差角度、方位誤差角度，然后驅動電機調整對應的俯仰角和方位角就可以了。

這樣也就實現了整個天線自跟蹤的過程。

下面這個視頻，是用秘塔AI生成的。輸入這篇文章，然后告訴秘塔AI幾個提示詞，秘塔AI能夠給你生成一個講解的視頻，非常棒的功能。

? ?看視頻，有時候比看文章更能夠清晰的理解技術知識。

最后

因為這個號的主題是"專注于用所有人都能看懂的文字介紹專業知識"， 就像step by step介紹GNSS衛星導航定位基本原理，為什么定位需要至少4個衛星？中介紹GNSS的定位原理那樣，既要保證技術的嚴謹，又要通俗易懂。

遙測/圖傳/數據鏈的地面定向天線有幾種跟蹤模式？這個文章，已經寫了有一段時間了。一直想用一種既要保證技術嚴謹，又要通俗易懂的方式介紹自跟蹤天線的原理和組成。但是要做到既要又要，始終沒有找到合適的方法。

今天這個文章，大家就先看著。如果以后我想到了比較合適的方法，再重新寫一篇。

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