炮位偵察校射雷達(dá)多目標(biāo)處理仿真研究*

(陸軍軍官學(xué)院研究生三隊 合肥 230031)

炮位偵察校射雷達(dá)多目標(biāo)處理仿真研究*

劉力源

(陸軍軍官學(xué)院研究生三隊 合肥 230031)

在相控陣炮位偵察校射雷達(dá)仿真系統(tǒng)中,雷達(dá)波束的仿真起著至關(guān)重要的作用。論文主要通過對相控陣炮位偵察校射雷達(dá)波束的最大跟蹤目標(biāo)數(shù),進(jìn)入和離開波束的時間等參數(shù)的描述,來對相控陣炮位偵察校射雷達(dá)波束的仿真進(jìn)行研究分析。

仿真;相控陣;波束

ClassNumberTN959

1 引言

相控陣炮位偵察校射雷達(dá)是用于偵察正在發(fā)射的敵方火炮位置和測定己方炮彈彈著點坐標(biāo)以校正射擊的雷達(dá),亦稱炮位偵察雷達(dá)。近年來,計算機(jī)建模與仿真技術(shù)在軍事訓(xùn)練方面的應(yīng)用,不僅可以有效地節(jié)省大量的人力、物力,更重要的是節(jié)省了財力和時間,是加速炮位偵察校射雷達(dá)仿真技術(shù)發(fā)展的有效手段。而對于炮位偵察校射雷達(dá)仿真系統(tǒng),雷達(dá)波束仿真的研究起著至關(guān)重要的作用。

搜索波束對空間目標(biāo)的捕獲情況既涉及時間維又涉及多普勒維,在搜索掃描過程中,彈丸也同時從下到上在運(yùn)動(偵察方式)或從上到下運(yùn)動(校射方式),因此,就存在搜索波束是否能與目標(biāo)交匯的問題的判斷。文章通過對進(jìn)入和離開波束的時間等參數(shù)的描述可以很直觀地判斷目標(biāo)軌跡是否與波束相交,并計算出雷達(dá)波束的最大跟蹤目標(biāo)數(shù)。

2 仿真數(shù)學(xué)模型

2.1 目標(biāo)軌跡計算

假設(shè)炮彈阻力系數(shù)為0,把高斯坐標(biāo)看作直角坐標(biāo),并用直角坐標(biāo)系下的拋物線來描述炮彈的運(yùn)動軌跡。若炮陣地坐標(biāo)為(X0,Y0,Z0),炮彈發(fā)射初速度為V0,炮彈與地面的夾角為α,炮彈與正北夾角為θ(如圖1所示),則可按以下步驟求得炮彈發(fā)射T秒后目標(biāo)A的位置(XA,YA,ZA)。圖1中,直線OB為炮彈軌跡在水平面OXY上的投影。

圖1 炮彈空中軌跡示意圖

R=OB=V0cosαT

(1)

則目標(biāo)在T時刻的位置為

XA=X0+Rcosθ=X0+V0Tcosαcosθ

(2)

YA=Y0+Rsinθ=X0+V0Tcosαsinθ

(3)

ZA=Z0+V0Tsinα-(1/2)gT2

(4)

2.2目標(biāo)穿過波束的狀態(tài)

在偵察模式下,雷達(dá)跟蹤敵方彈丸的升弧段。雷達(dá)工作時,主控計算機(jī)根據(jù)搜索扇區(qū)地形遮蔽角的變化控制波束的仰角位置,形成一個仰角波束寬度的搜索屏,控制搜索波束序列(根據(jù)搜索扇區(qū)大小和遮蔽角決定)以一定的頻率在搜索扇形區(qū)搜索彈丸目標(biāo)。一旦搜索到目標(biāo),雷達(dá)立即在搜索到目標(biāo)的位置發(fā)射一驗證波束對目標(biāo)進(jìn)行驗證。目標(biāo)穿過波束的示意圖如圖2所示。圖中進(jìn)入和離開波束的時間為T1、T2。

圖2 目標(biāo)穿過波束示意圖

2.3目標(biāo)進(jìn)入和離開某一波束的時間T1、T2

波束為橢圓,長半軸為P,短半軸為Q。波束交叉排列,橫向排列不等間隔,波束為M個,縱向排列等間隔,波束為N個。對某一目標(biāo)穿過波束范圍可以找到兩點A1,A2。利用式(1)～式(4)計算可以得到兩點相應(yīng)的位置,轉(zhuǎn)換成天線坐標(biāo)系位置如下(T1,X1,Y1,R1)和(T2,X2,Y2,R2),如圖3所示。

圖3 目標(biāo)穿過天線示意圖

設(shè)波束的方位角為SX,俯仰角為SY,目標(biāo)飛行軌跡A1,A2穿過波束面的一段為直線,則目標(biāo)軌跡與波束面的交點(X,Y)要滿足以下方程:

交點與A1,A2在同一直線上,滿足直線方程:

(5)

(6)

交點還應(yīng)滿足橢圓方程:

(7)

根據(jù)以上已知情況,可設(shè):

(8)

(9)

將方程(8),方程(9)代入方程(7),解方程(5),方程(6),方程(7)可得:

AT2+BT+C=0

(10)

其中:

A=KY2P2+KX2Q2

B=2KY(Y1-KYT1-SY)P2

+2KX(X1-KXT1-SX)Q2

(11)

C=(Y1-KYT1-SY)2P2

+(X1-KXT1-SX)Q2-P2Q2

(12)

解二次方程(10),若B2-4AC≤0,則目標(biāo)軌跡與波束不想交。若B2-4AC>0,則目標(biāo)軌跡和波束有兩個交點。

2.4 跟蹤目標(biāo)數(shù)計算

假設(shè)Td為波束駐留時間,N為己跟蹤目標(biāo)數(shù),T為跟蹤要求的采樣間隔(s),D搜索圍(°),G搜索周期(s),則在采樣間隔時駐留波束個數(shù)為ΔT/Td,采樣間隔T還可以用來搜索波束數(shù)為(ΔT/Td-N),采樣間隔ΔT內(nèi)還真正可以用來搜索的波束為(T/Td-N)(1-0.2)?？紤]到整個工作過程中除了搜索、跟蹤目標(biāo)外,還有一分波束用于驗證,而且跟蹤的采樣間隔常常在開始時較小,故而可以用來搜索的波數(shù)乘上0.8這個系數(shù)。設(shè)90°搜索范圍有49個波束,則在搜索范圍D內(nèi)有波束數(shù):

H=49D/90=0.54D

(13)

搜索周期為

G=ΔTD0.54/0.8(ΔT/Td-N)

=0.432ΔTD(ΔT/Td-N)

(14)

當(dāng)|T2-T1|

(15)

得到:

其中,[X]表示對X取整數(shù)。

A=KY2P2+KX2Q2

(16)

B=2KY(Y1-KYT1-SY)P2

+2KX(X1-KXT1-SX)Q2

(17)

C=(Y1-KYT1-SY)2P2

+(X1-KXT1-SX)Q2-P2Q2

(18)

3 仿真情況

通過Matlab仿真軟件(設(shè)置炮彈發(fā)射初始產(chǎn)生參數(shù),陣地參數(shù)見表1),完成了對五個炮陣地,大量目標(biāo)運(yùn)動軌跡的模擬。

表1 仿真結(jié)果

4 結(jié)語

本文通過對相控陣炮位偵察校射雷達(dá)仿真系統(tǒng)中波束的仿真研究,推算出目標(biāo)進(jìn)入和離開波束的時間,利用搜索周期等于目標(biāo)穿過波束所用時間這一臨界點,計算出波束的跟蹤目標(biāo)數(shù)。通過雷達(dá)系統(tǒng)仿真,最終可以推算出炮陣地的位置坐標(biāo)。因此,波束的研究是炮位偵察校射雷達(dá)仿真系統(tǒng)軟件的重要的部分。

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Multi-targetProcessingSimulationofArtilleryLocatingRadar

LIU Liyuan

(The Third Team of Graduate Group, Military Academy, Hefei 230031)

The simulation of the radar beam plays a vital role in phased array artillery locating radar simulation system.In this paper, the simulation of phased array artillery locating radar beam is used to carry on the research analysis in the most tracking beam number, enter and leave the beam time.

simulation, phased array, beam

2014年1月7日,

:2014年2月19日

國家重點實驗室主任基金(編號:CEMEE2012Z0101B)資助。

劉力源,男,碩士研究生,研究方向:雷達(dá)系統(tǒng)仿真。

TN959DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.07.026