艦艇搖擺對雷達目標(biāo)跟蹤精度的影響分析

【摘 要】雷達對目標(biāo)的確認是火控系統(tǒng)是十分重要的因素之一，但是在實際的應(yīng)用過程中，往往會受到艦艇搖擺的影響。這樣的影響在很大程度上讓雷達對目標(biāo)的跟蹤無法達到要求，這也就會導(dǎo)致艦艇火控系統(tǒng)不能滿足實際應(yīng)用中的各項要求。而為了修正這一誤差，讓艦艇火控系統(tǒng)能夠滿足相應(yīng)的要求，就需要對艦艇搖擺進行分析，從而得出艦艇搖擺對于雷達目標(biāo)跟蹤精度的影響。

【關(guān)鍵詞】艦艇搖擺；雷達目標(biāo)跟蹤；精度影響

線性率火控系統(tǒng)在實際的應(yīng)用中的反應(yīng)速度和輸出精度往往會相互制約，因此為了保證火控系統(tǒng)能夠在實際的使用過程中達到相應(yīng)的要求，傳統(tǒng)方法下就是將這些矛盾進行折中。但是隨著我國科技水平的發(fā)展，這樣的方法顯然已經(jīng)達不到要求，因此就需要一種新型的方式來進行矛盾的解決。目前，在近程艦炮的反導(dǎo)系統(tǒng)中，往往是添加新的獲取目標(biāo)運動參數(shù)的跟蹤測量通道，尤其是隨著各種傳感器的性能在不斷地提高，引入速率量測的火控濾波算法的實現(xiàn)提供了相當(dāng)有利的條件。通常在艦炮火控系統(tǒng)的結(jié)算過程中，往往需要對艦-炮的位置以及姿態(tài)進行相應(yīng)的修正，但是在進行修正的過程中，艦艇的搖擺對修正的影響較大，雷達在艦艇穩(wěn)定坐標(biāo)系中的位置也會發(fā)生改變，因此為了更好的讓艦炮火控系統(tǒng)實現(xiàn)目標(biāo)，就需要對艦艇搖擺對雷達跟蹤精度的影響進行討論。

一、艦艇縱橫搖擺引起的觀測誤差

在艦艇實際的工作過程中，會因為各種原因發(fā)生搖擺的情況。如果艦艇發(fā)生了搖擺，那么也就會在實際工作的過程中造成觀測誤差出現(xiàn)的問題。如圖所示

本坐標(biāo)系為O-XYZ艦艇穩(wěn)定坐標(biāo)系，坐標(biāo)系O-X’Y’Z’為艦艇不穩(wěn)定坐標(biāo)系。OX，XY，OZ軸的方向分別為艦橫軸指右方向，艦首線方向以及垂直甲板面的向上方向。對于雷達而言，在本直角坐標(biāo)系中的位置為L1和L2，雷達距離搖擺中心的長度為D，同時雷達在兩個直角坐標(biāo)系中的觀測目標(biāo)位T。而對于火控系統(tǒng)而言，需要修正的正是L1到L2的觀測誤差。在艦艇實際的工作過程中，我們可以發(fā)現(xiàn)艦艇在航向上是與水平面上指北針順時針呈現(xiàn)出一定的夾角，這樣就可以分析出艦艇的橫向搖擺情況，同時在鉛垂面上艦艇的縱軸與水平面仍然會存在著一定的夾角，這也就是艦艇會出現(xiàn)縱向搖擺的原因。通過這兩種原因，由于艦艇會在坐標(biāo)系中產(chǎn)生縱向以及橫向的誤差，因此就能夠通過O-XYZ坐標(biāo)系來實際的分析出這兩種誤差的情況。而在仿真應(yīng)用中，主要是通過下圖所示的步驟來實現(xiàn)的。

二、艦艇搖擺對雷達目標(biāo)跟蹤精度分析的實例分析

（一）艦艇搖擺的實際情況

在2014.5月我國某一海域中，某一艘艦艇正在做勻速直線運動，艦艇縱向搖擺的周期為8秒，縱搖的幅值為10°，初始相位為0.堅挺的橫向搖擺周期為10秒，縱搖幅值也為10°，初始相位也為0.雷達距離搖擺中心的高度為10米。并且艦艇縱橫搖角的速度觀測的誤差為0.1mrad，并且再計算的過程中需要使用蒙特卡羅法來進行計算，使用y軸來進行艦艇實際搖擺的仿真。在艦艇工作的過程中，我們可以發(fā)現(xiàn)隨著目標(biāo)逐漸的逼近我方艦艇，艦艇的搖擺對于雷達觀測目標(biāo)的影響已經(jīng)越來越嚴(yán)重，同時誤差也越來越大，誤差的峰值由一開始的1米逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?米，在這樣的情況下已經(jīng)和雷達目標(biāo)探測精度處于同一種數(shù)量級，因此就十分有必要對艦載雷達受到艦艇搖擺產(chǎn)生的位置誤差進行修正。艦艇搖擺角的變化如圖所示。

通過這樣的計算我們可以發(fā)現(xiàn)，Y軸的濾波會隨著艦艇的縱橫搖角度的變化而發(fā)生著相應(yīng)的變化，因此在這樣的情況下要讓Y軸濾波達到穩(wěn)定的狀態(tài)顯然無法實現(xiàn)，而且由于目標(biāo)在逼近艦艇的過程中，艦艇縱橫搖擺的幅度也會變大，因此濾波振動的幅度也會變大，雷達對目標(biāo)的跟蹤精度受到的影響也就會變得更大，所以就需要對這種觀測誤差進行進一步的分析。

（二）縱橫搖速度引起的具體觀測誤差

通過公式可以計算出相應(yīng)的數(shù)值，并且通過這些數(shù)值可以得出，艦艇的橫搖角速度的觀測誤差對于Y方向上的目標(biāo)運動已經(jīng)造成了隨著艦艇縱橫搖動而產(chǎn)生的周期性的變化影響。同時目標(biāo)運動速度的觀測誤差，也就是Y方向上的觀測誤差已經(jīng)達到了約為1.2m/s，在這樣的情況下也就與艦載雷達受到的艦艇搖動而產(chǎn)生的目標(biāo)速度探測誤差處于同一種數(shù)量級。并且通過分析可以發(fā)現(xiàn)，在Y方向上的位置信息的濾波想過受到的觀測誤差的影響往往比較大，在引入了觀測誤差后，在10秒的位置開始濾波的誤差已經(jīng)比初始的濾波誤差要大一些，并且在這之后的濾波就能夠開始收斂，同時我們可以發(fā)現(xiàn)收斂的精度遠遠大于沒有引入觀測誤差的濾波情況，并且在Y方向上的速度信息的濾波效果也會受到一定的影響，同時收斂的精度也會發(fā)生一定的降低。

艦艇搖擺對雷達目標(biāo)跟蹤精度的具體影響

通過對實際的例子的分析我們可以看出，分別建立艦艇縱橫搖位置觀測誤差以及速度觀測誤差造成的目標(biāo)觀測模型能夠得出艦艇搖擺對雷達目標(biāo)跟蹤精度的相應(yīng)影響情況：

1，隨著目標(biāo)對我方艦艇的不斷逼近，艦艇搖擺的情況會隨之加劇，在這樣的情況下也就會讓雷達收到的艦艇搖擺對目標(biāo)觀測造成的誤差越來越大，同時誤差會隨著艦艇搖擺做出類似于周期性的波動，在這樣的情況下艦艇以及艦艇上的火控系統(tǒng)顯然無法較好的進行工作，因此就需要對艦艇搖擺對雷達觀測目標(biāo)的誤差進行精確的計算。

2，縱橫搖速度觀測的誤差對艦首線方向，艦橫軸方向以及垂直甲板方向的目標(biāo)位置以及速度觀測以及濾波精度的影響會比較大，具體已經(jīng)能夠達到和雷達目標(biāo)探測的精度處于同一種數(shù)量級，這樣的影響對于艦艇的正常工作影響較大，因此為了保證艦艇能夠正常的進行工作，就需要在實際的工作中需要對其進行相應(yīng)的修正。

3，在縱橫搖位置觀測的誤差對于艦橫軸方向，艦首線方向的目標(biāo)位置的觀測以及濾波精度的影響均比較大，其中艦首線方向收到的影響最大，在實際的工作過程中已經(jīng)和雷達目標(biāo)探測精度處于同一種數(shù)量級，因此對于雷達觀測目標(biāo)的影響相當(dāng)巨大，火控系統(tǒng)的工作也會受到相應(yīng)的影響。因此在艦艇實際的工作過程中，如果需要火控系統(tǒng)正常的工作，同時保證雷達探測工作的效率，就需要對縱橫搖位置進行相應(yīng)的修正，以保證艦艇在工作的過程中能夠正常的進行。

三、結(jié)語

艦艇的雷達探測工作對我國的國防，海上搜救，經(jīng)濟發(fā)展都有著相當(dāng)重要的意義，但是在海上實際行駛過程中的艦艇往往會受到搖擺的影響，在這樣的情況下雷達的工作過程也就會受到艦艇搖擺的影響。而為了避免艦艇工作的過程中無法正確的判斷目標(biāo)位置，就需要對艦艇搖擺對雷達目標(biāo)跟蹤精度的影響進行分析，通過具體的誤差數(shù)值來排除這些誤差，從而更好地進行雷達對目標(biāo)的跟蹤工作。

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