相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)測(cè)量跟蹤特點(diǎn)及應(yīng)用

姚學(xué)斌（91913部隊(duì)，遼寧　大連　116041）

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相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)測(cè)量跟蹤特點(diǎn)及應(yīng)用

姚學(xué)斌
（91913部隊(duì)，遼寧大連116041）

摘要：雷達(dá)的是遠(yuǎn)距離偵測(cè)的眼睛。隨著科技的不斷發(fā)展，各種電子技術(shù)不斷發(fā)展，推動(dòng)了雷達(dá)技術(shù)的不斷進(jìn)步，從而使得雷達(dá)無(wú)論是在測(cè)量距離還是測(cè)量準(zhǔn)確度方面都有著極大的進(jìn)步。相控陣?yán)走_(dá)是一種先進(jìn)的雷達(dá)技術(shù)，其測(cè)量距離遠(yuǎn)、準(zhǔn)確度高，尤其是在多目標(biāo)的測(cè)量跟蹤上具有極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，是部隊(duì)?wèi)?yīng)用較多也是投入研究力度極大的一種雷達(dá)技術(shù)。本文在分析了相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)工作方式與工作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)在工作中所存在的角度、距離捕獲與跟蹤及丟失處理等方面的信息進(jìn)行分析闡述，并對(duì)相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)在設(shè)計(jì)及使用中所存在的一些要點(diǎn)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)；跟蹤方式；測(cè)量方式

0. 前言

相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)是一種在軍事領(lǐng)域應(yīng)用較多的雷達(dá)設(shè)備，通過(guò)使用相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)能夠?qū)︼w行物的速度、位置等的信息進(jìn)行精確的測(cè)量，為后續(xù)的處理提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。在使用相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)對(duì)飛行器進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)從一個(gè)目標(biāo)上分離出多個(gè)目標(biāo)，需要對(duì)出現(xiàn)的目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行跟蹤捕獲與測(cè)量。現(xiàn)代相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)在跟蹤捕獲多個(gè)目標(biāo)方面具有出色的特性，同時(shí)還能根據(jù)測(cè)量到的數(shù)據(jù)無(wú)站址進(jìn)行誤差轉(zhuǎn)換，從而使得數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性大大提高，能夠較高精度的完成對(duì)于飛行器飛行數(shù)據(jù)的測(cè)量。

1. 相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的主要組成

相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)是一由一套復(fù)雜的系統(tǒng)組成，其通過(guò)使用相控陣天線完成電磁波的發(fā)射，并結(jié)合單脈沖角跟蹤技術(shù)完成對(duì)于信號(hào)的接收和處理。其中相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)所使用的相控陣天線陣面通過(guò)伺服系統(tǒng)進(jìn)行俯仰和位置定位，完成對(duì)于相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)陣面指向空域的轉(zhuǎn)換。相較于傳統(tǒng)的雷達(dá)電磁波束的掃描，相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)采用的是電子式的掃描方式，通過(guò)電子控制波束的方向，能夠快速的完成對(duì)于指向空域的掃描，能夠自主、快速的發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，同時(shí)對(duì)于引導(dǎo)數(shù)據(jù)的精度要求大大降低，同時(shí)通過(guò)在相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)上采用相應(yīng)的時(shí)間分配技術(shù)可以使得相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)對(duì)于掃描空域內(nèi)實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)跟蹤測(cè)量。

2. 相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的主要工作方式

相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)能夠通過(guò)伺服系統(tǒng)控制機(jī)械軸來(lái)進(jìn)行方位和俯仰方向的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于雷達(dá)陣面范圍內(nèi)的多個(gè)目標(biāo)的跟蹤，機(jī)械軸的移動(dòng)采用的是閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的跟蹤。

2.1相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的角度工作方式

在相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的角度工作過(guò)程中，其基本工作方式為手控、引導(dǎo)、搜索、跟蹤等幾個(gè)步驟。在手控時(shí)，相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的操作人員通過(guò)使用伺服操縱桿來(lái)手動(dòng)控制相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)陣面法線的指向，將相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的掃描范圍對(duì)準(zhǔn)所需掃描的目標(biāo)空域。利用角度引導(dǎo)數(shù)據(jù)，相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的伺服系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)陣面的法線來(lái)跟隨引導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于空域的掃描。而后，相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的電子掃描波束按照順序?qū)崿F(xiàn)對(duì)于目標(biāo)空域的掃描，其中，掃描多采用的是光柵掃描的方式完成對(duì)于指定空域的覆蓋。最后，相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)通過(guò)對(duì)接收到的目標(biāo)的方位、速度的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成對(duì)于相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)移動(dòng)的方位、俯仰角度誤差的計(jì)算，通過(guò)相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的移動(dòng)伺服控制系統(tǒng)完成對(duì)于目標(biāo)的跟蹤。

相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)在目標(biāo)跟蹤上的方位和角度的控制上主要有電軸跟蹤和機(jī)械軸跟蹤兩種方式，從而使得對(duì)于目標(biāo)的跟蹤更為可靠、準(zhǔn)確。電軸跟蹤利用的是跟蹤目標(biāo)的回波的方位、俯仰角度誤差的數(shù)據(jù)，利用相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)陣面波束電軸實(shí)現(xiàn)對(duì)于目標(biāo)的閉環(huán)跟蹤，這是實(shí)現(xiàn)對(duì)于多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤的主要方式。而機(jī)械跟蹤則主要是利用相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)對(duì)于跟蹤目標(biāo)的測(cè)量，完成對(duì)于相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的方位和俯仰角度誤差的計(jì)算，通過(guò)利用相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)中的機(jī)械軸的伺服控制完成對(duì)于目標(biāo)的機(jī)械軸的閉環(huán)跟蹤，采用此種方式僅能完成對(duì)于單個(gè)目標(biāo)的跟蹤，同時(shí)在跟蹤精度上相較于電軸跟蹤有較大的差距。對(duì)于單個(gè)的目標(biāo)可以選擇以上兩種跟蹤方式中的任意一種，使用相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)捕獲到目標(biāo)的回波后，相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)首先進(jìn)入到電軸跟蹤模式，其后，操作人員可以視情況選擇將其切換成機(jī)械軸跟蹤模式，并根據(jù)切換后相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的跟蹤波束與相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)陣面法線之間的相對(duì)關(guān)系來(lái)選擇機(jī)械軸的跟蹤方式，在方式的選擇上可以選擇法線跟蹤、偏法線跟蹤等的方式，法線跟蹤依靠的是波束固定在陣面法線方向，電子波束偏角為零，采用此種狀態(tài)角能夠最為精確地完成對(duì)于測(cè)量目標(biāo)的跟蹤，而偏法線跟蹤則依靠的是波束固定在偏離陣面法線的方向。在相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)跟蹤的過(guò)程中，由于跟蹤目標(biāo)在持續(xù)地移動(dòng)，為了確保目標(biāo)電軸跟蹤在相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的最大電掃描范圍內(nèi)，需要轉(zhuǎn)動(dòng)相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)天線的機(jī)械軸來(lái)控制雷達(dá)陣面的指向，可以采用手控天線、數(shù)據(jù)引導(dǎo)與伺服控制系統(tǒng)根據(jù)誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行移動(dòng)等的方式完成對(duì)于測(cè)量目標(biāo)的跟蹤。

2.2相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的距離工作模式

相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)在對(duì)空搜索狀態(tài)，信號(hào)處理分系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，其中檢測(cè)的范圍為以波門為中心的一定的范圍內(nèi)，波門中心位置可以采用人工設(shè)置與引導(dǎo)數(shù)據(jù)制定等的方式，相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)會(huì)持續(xù)搜索直至通過(guò)門限，待到通過(guò)門限后進(jìn)入驗(yàn)證與轉(zhuǎn)跟蹤過(guò)程。

2.3相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)跟蹤目標(biāo)的捕獲與跟蹤

在相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的目標(biāo)捕獲中需要確保目標(biāo)在波束范圍內(nèi)，相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)所采用的電掃描方式在目標(biāo)跟蹤、捕獲時(shí)會(huì)受到天氣、搜索空域大小以及搜索速率等多方面因素的影響。其中，對(duì)于中高空飛行的目標(biāo)，在雜波較少的情況下可以采用二進(jìn)制檢測(cè)。在檢測(cè)到目標(biāo)后，需要對(duì)檢測(cè)到的目標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)對(duì)已跟蹤的目標(biāo)進(jìn)行航跡相關(guān)，避免重復(fù)進(jìn)行目標(biāo)的捕獲，經(jīng)過(guò)若干的駐留后，在雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中心中建立目標(biāo)跟蹤航跡。計(jì)算機(jī)根據(jù)所測(cè)量到的目標(biāo)的信息形成測(cè)量目標(biāo)的測(cè)量值，對(duì)測(cè)量值進(jìn)行平滑濾波，外推下一跟蹤駐留時(shí)刻目標(biāo)位置的預(yù)測(cè)值，待到在該駐留時(shí)刻檢測(cè)到目標(biāo)信號(hào)后對(duì)新檢測(cè)到的角度誤差、距離誤差等的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，并重復(fù)上述過(guò)程，從而完成對(duì)于目標(biāo)的跟蹤。

2.4做好對(duì)于相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)目標(biāo)跟蹤丟失的處理

在使用相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)對(duì)飛行目標(biāo)進(jìn)行跟蹤的過(guò)程中，由于回波強(qiáng)度起伏以及雜波等的影響，會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)的丟失，當(dāng)出現(xiàn)這一情況時(shí)，不宜立即停止跟蹤，而是需要根據(jù)最后測(cè)量到的目標(biāo)的航跡來(lái)推測(cè)計(jì)算波束指向、波門位置等，等待再次出現(xiàn)目標(biāo)回波信號(hào)，如連續(xù)多個(gè)駐留對(duì)未能檢測(cè)到目標(biāo)回波信號(hào)，則認(rèn)為跟蹤目標(biāo)的丟失。此時(shí)，需要啟動(dòng)相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的搜索功能對(duì)目標(biāo)空域進(jìn)行一定范圍內(nèi)的電掃描搜索，如仍未能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)則認(rèn)為目標(biāo)跟蹤徹底丟失。

3. 相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)測(cè)量的特點(diǎn)

采用相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)進(jìn)行目標(biāo)的測(cè)量跟蹤，具有以下特點(diǎn)：

（1）在飛行目標(biāo)的測(cè)量數(shù)量與測(cè)量精度上都大大提升，在目標(biāo)測(cè)量上采用時(shí)間分配技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多目標(biāo)的測(cè)量，但是在對(duì)目標(biāo)跟蹤與測(cè)量的數(shù)量上需要限制最大目標(biāo)數(shù)，以提高實(shí)際跟蹤重復(fù)率，確保對(duì)于測(cè)量目標(biāo)的跟蹤。

（2）在目標(biāo)的跟蹤上所使用的電軸跟蹤方式避免了天線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、最大轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的制約，采用電軸跟蹤能夠確保波束角速度和角加速度都能夠在一個(gè)較大的范圍值，能夠完成對(duì)于角速度極大的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤。當(dāng)出現(xiàn)飛行目標(biāo)出現(xiàn)大角速度時(shí)，需要使用相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的電軸跟蹤模式，并根據(jù)測(cè)量回波計(jì)算出的數(shù)據(jù)引導(dǎo)相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)天線的機(jī)械軸快速跟隨，確保相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的陣面指向目標(biāo)區(qū)域。

（3）在相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)中采用的是時(shí)間分配技術(shù)完成對(duì)于目標(biāo)的搜索與跟蹤，在保持最大目標(biāo)數(shù)不變的情況下，每個(gè)跟蹤目標(biāo)的跟蹤數(shù)量率保持不變，搜索速率會(huì)隨著已跟蹤目標(biāo)數(shù)的增多而相應(yīng)地減少，尤其是對(duì)于遠(yuǎn)程空間目標(biāo)的監(jiān)視與跟蹤，其重復(fù)頻率一般僅有幾十Hz，為提高相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的對(duì)于多目標(biāo)的搜索效率，需要采用多波束技術(shù)。

結(jié)語(yǔ)

相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)采用的電掃描方式掃描速度快、準(zhǔn)確度高，相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械掃描測(cè)量雷達(dá)具有不小的優(yōu)勢(shì)，尤其是使用相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)在多目標(biāo)的跟蹤上能夠獲得較大優(yōu)勢(shì)，各國(guó)都投入了大量的資金對(duì)其進(jìn)行研究并取得了相應(yīng)的成果。本文在分析相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)工作方式的基礎(chǔ)上對(duì)相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)的特點(diǎn)進(jìn)行了分析闡述，對(duì)相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)在角度、距離的工作方式以及目標(biāo)跟蹤以及目標(biāo)丟失后的處理進(jìn)行了介紹。

參考文獻(xiàn)

［1］趙紹穎，華叢.相控陣跟蹤測(cè)量雷達(dá)工作方式設(shè)計(jì)與特點(diǎn)［J］.現(xiàn)代雷達(dá)，2006，28（7）：1-3.

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中圖分類號(hào)：TN927

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A