雷達(dá)裝備改造總體設(shè)計(jì)

劉大成+張正成+王法棟

摘 要 針對(duì)現(xiàn)有某型雷達(dá)存在的技術(shù)問題，提出升級(jí)改造設(shè)計(jì)構(gòu)想。主要升級(jí)改造雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)、終端顯控系統(tǒng)和天線伺服系統(tǒng)，提高發(fā)射系統(tǒng)的可靠性，增加視頻信號(hào)采集、存儲(chǔ)、回放功能，實(shí)現(xiàn)發(fā)射天線的自動(dòng)升降能力。方案的設(shè)計(jì)，為裝備升級(jí)改造提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 升級(jí)改造；發(fā)射機(jī)；終端顯控；天線伺服

中圖分類號(hào)：TN761 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7597（2014）04-0014-02

現(xiàn)代信息化條件下的戰(zhàn)爭(zhēng)，由于高新技術(shù)在武器裝備中的廣泛應(yīng)用，對(duì)雷達(dá)的性能要求越來越高，更高的可靠性、更優(yōu)的可操作性、更便捷的可維性、更快速的架設(shè)展開，這些都是雷達(dá)在戰(zhàn)場(chǎng)中能夠生存的必要條件。本文針對(duì)以上介紹雷達(dá)的性能特點(diǎn)要求，設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)有某型雷達(dá)進(jìn)行升級(jí)改造，提高現(xiàn)有雷達(dá)的性能，使其滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需要。

1 總體設(shè)計(jì)構(gòu)想

本次升級(jí)改造主要針對(duì)雷達(dá)發(fā)射機(jī)老化嚴(yán)重，行波管使用已達(dá)壽命；終端顯控系統(tǒng)功能不完善，不具備存儲(chǔ)雷達(dá)視頻信息等功能；天線系統(tǒng)需手動(dòng)升降，不具備快速展開等問題開展。改造主要包括三部分：發(fā)射機(jī)升級(jí)改造、終端顯控系統(tǒng)升級(jí)改造和天線伺服系統(tǒng)的升級(jí)改造。其中，改造原有行波管發(fā)射機(jī)為固態(tài)發(fā)射機(jī)，增加發(fā)射系統(tǒng)的可靠性；升級(jí)終端顯控系統(tǒng)，使其具備視頻信號(hào)采集、存儲(chǔ)、回放等功能；改造天線伺服系統(tǒng)，使天線由手動(dòng)升降升級(jí)為自動(dòng)升降。

裝備升級(jí)改造設(shè)計(jì)遵循針對(duì)性、先進(jìn)適用性、可能性和經(jīng)濟(jì)性的原則。針對(duì)性從裝備現(xiàn)有實(shí)際狀態(tài)出發(fā)，按照設(shè)計(jì)工藝要求，針對(duì)裝備的薄弱環(huán)節(jié)，采取不同的新技術(shù)，決定升級(jí)改造的內(nèi)容和重點(diǎn)。先進(jìn)適用性盡可能采用國(guó)內(nèi)外的新技術(shù)、新材料、新工藝改造裝備，同時(shí)既要力求先進(jìn)，又要講究適用，不能盲目追求高指標(biāo)。可能性是在制定裝備改造方案時(shí)，對(duì)所采取的新技術(shù)要有充分的把握，必須經(jīng)過實(shí)踐證明是可行的，才能應(yīng)用到裝備改造項(xiàng)目中。經(jīng)濟(jì)性是要綜合考慮投入的人力、物力、財(cái)力和創(chuàng)造的效益，力求以較小的投入獲得較大的產(chǎn)出。

2 各模塊改造設(shè)計(jì)

2.1 發(fā)射機(jī)的改造

因?yàn)楣虘B(tài)發(fā)射機(jī)具有工作壽命長(zhǎng)、工作方式靈活、低電壓工作和故障軟化等優(yōu)點(diǎn)，改造雷達(dá)原有行波管發(fā)射機(jī)為固態(tài)發(fā)射機(jī)。主要設(shè)計(jì)發(fā)射機(jī)的電源模塊、前級(jí)放大模塊和后級(jí)放大模塊，組成框圖如圖1所示。

圖1 發(fā)射機(jī)組成框圖

2路前級(jí)功放組件將激勵(lì)模塊送來的10 mW射頻信號(hào)放大到500 W，經(jīng)過1分6分配器分配6個(gè)支路，分別送入12個(gè)后級(jí)放大功放組件，放大后的功率值約為2000 W，經(jīng)過兩個(gè)6合1合成器進(jìn)行信號(hào)合成，得到發(fā)射機(jī)輸出功率大于20 kW。

2.2 終端系統(tǒng)的改造

原有終端顯控系統(tǒng)難以滿足日常工作需要，升級(jí)改造終端顯控系統(tǒng)。增加視頻矩陣，采集雷達(dá)視頻畫面，硬盤存儲(chǔ)容量為1TB，連續(xù)存儲(chǔ)時(shí)間可達(dá)8小時(shí)；優(yōu)化人機(jī)接口計(jì)算機(jī)板，使系統(tǒng)具備更優(yōu)的可操作性；升級(jí)圖形處理板，增強(qiáng)圖像信息處理能力，組成框圖如圖2所示。

圖2 雷達(dá)視頻采集模塊示意圖

通過輸入輸出系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)終端進(jìn)行設(shè)置，雷達(dá)視頻信號(hào)1分2處理，一路送到雷達(dá)顯示系統(tǒng)上進(jìn)行顯示，另一路送到視頻采集卡，存儲(chǔ)在視頻矩陣中，為雷達(dá)視頻回放提供支持。

2.3 天線伺服系統(tǒng)的改造

原有天線系統(tǒng)為手動(dòng)升降，需要投入大量的人力進(jìn)行操作，并且操作時(shí)間較長(zhǎng)，不滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中快速展開的要求，因此升級(jí)改造天線伺服系統(tǒng)。增加伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)動(dòng)控制器、蝸輪蝸桿減速器、手動(dòng)離合器等硬件設(shè)施，實(shí)現(xiàn)天線系統(tǒng)的自動(dòng)升降，同時(shí)增加限位開關(guān)及線路，設(shè)置升降保護(hù)系統(tǒng)，防止天線升降過程中飛車及超過升降范圍，其控制系統(tǒng)硬件組成如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)硬件組成

計(jì)算伺服系統(tǒng)的方位軸載荷：

伺服天線系統(tǒng)總重量約為275 kg，繞方位軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J約為18.6 kgm?，根據(jù)需要方位軸的最大角加速度ε約為，則電機(jī)所需克服的慣性力矩為：

M1=Jε=33.43 Nm

轉(zhuǎn)盤軸承的摩擦系數(shù)μ取值0.01，轉(zhuǎn)盤軸承的所承受軸向載荷為2710 N，電機(jī)所需克服的摩擦力矩為：

M2=μFd/2=4.79 Nm

其中，d為轉(zhuǎn)軸軸承內(nèi)徑，設(shè)計(jì)為360 mm。

由于方位軸與載荷重力方向平行，故重力不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生偏心載荷。

綜合以上計(jì)算得到方位軸所需克服的總載荷為：

M=M1+M2=33.43+4.79=38.22 Nm

考慮控制精度、運(yùn)動(dòng)速度等性能指標(biāo)要求，根據(jù)載荷大小、負(fù)載慣量與電機(jī)慣量匹配原則來選擇電機(jī)、減速器的型號(hào)如表1所示。

表1 方位軸減速器參數(shù)

名稱 輸出力矩 傳動(dòng)比 工作效率 型號(hào) 備注

方位軸減速器 113.6 30 60% NMRV063 萬鑫

3 電路設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

對(duì)雷達(dá)進(jìn)行改造時(shí)，將制作電路板，其中要滿足LVDS和LVPEL兩種差分電平信號(hào)的完整性和較強(qiáng)的抗干擾能力，除了要使負(fù)載和信號(hào)線的阻抗相匹配之外，在設(shè)計(jì)中還要盡量避免阻抗不匹配的環(huán)節(jié)出現(xiàn)，因此在設(shè)計(jì)中還要注意以下幾點(diǎn)。

1）差分線離開器件引腳后，要盡量相互靠近，以確保耦合到信號(hào)線的噪聲為共模噪聲。

2）信號(hào)線的長(zhǎng)度應(yīng)該匹配，不然會(huì)引起信號(hào)扭曲和電磁干擾。

3）不可以僅僅依靠軟件的自動(dòng)布線功能，要根據(jù)實(shí)際情況仔細(xì)修改差分線的阻抗匹配和隔離。

4）盡量減少過孔的使用，避免其他一些引起阻抗不連續(xù)的因素。

5）信號(hào)線在不同的信號(hào)層時(shí)，要注意調(diào)整差分線的寬度和間距，避免因介質(zhì)改變引起的阻抗不連續(xù)。

4 結(jié)束語

本次某型雷達(dá)改造總體構(gòu)想，以現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)雷達(dá)性能的需求入手，分析雷達(dá)性能指標(biāo)的不足，有針對(duì)性的進(jìn)行升級(jí)改造設(shè)計(jì)，主要改造了雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)，提高了雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)的穩(wěn)定性；改造了雷達(dá)的終端系統(tǒng)，增加了視頻采集存儲(chǔ)設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)采集雷達(dá)視頻信號(hào)，為雷達(dá)視頻事后回放提供支持；改造了雷達(dá)伺服系統(tǒng)，將手動(dòng)升降系統(tǒng)改造為自動(dòng)升降系統(tǒng)，減少了雷達(dá)架設(shè)時(shí)間，提高了雷達(dá)展開效率。通過本次改造提高了雷達(dá)的可靠性、可維性和快速展開等性能，使雷達(dá)滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的使用需要。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

劉大成（1982-），男，河北遷安人，工程師，從事雷達(dá)方面的研究工作。endprint