艦載相控陣搜索雷達電子穩(wěn)定平臺的設計與實現(xiàn)

秦琨+張兢晶

摘要：電子穩(wěn)定平臺可以為艦載相控陣搜索雷達提供消除船體搖擺的手段，本文首先闡述了其工作原理，然后介紹了實現(xiàn)搜索雷達天線電子穩(wěn)定平臺時需注重的設計要點。

關鍵詞：艦載雷達；一維相掃雷達；穩(wěn)定平臺

中圖分類號：TN958.92 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）11-0133-02

艦載搜索雷達主要功能是為全艦提供空情的警戒以及對目標的搜索、建航和跟蹤等，針對復雜電磁環(huán)境的現(xiàn)狀和提供高精度目標指示的需求，采用一維相控陣掃描的三坐標雷達已成為搜索雷達的發(fā)展趨勢。艦載雷達面臨的一大設計難題就是要克服艦的搖擺對雷達測量精度、探測空域帶來的影響。應用電子穩(wěn)定技術(shù)，可以取消原有笨重的天線穩(wěn)定平臺[1]，減輕天線重量，提高系統(tǒng)可靠性。

1 工作原理

艦載搜索雷達電子穩(wěn)定平臺并不是一個專門的設備，而是依靠相控陣雷達資源調(diào)度器、伺服系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理器、信號處理器等分系統(tǒng)協(xié)同工作來實現(xiàn)雷達的穩(wěn)定搜索。

伺服系統(tǒng)接收艦搖信息，根據(jù)艦搖信息和雷達天線方位值計算出不同仰角空域（大地坐標）對應的波束指向值（甲板坐標）及方位補償值；資源調(diào)度器根據(jù)甲板坐標俯仰值及波位安排形成天線波束，同時送往信號處理供其形成點跡坐標使用；信號處理按不同波位的方位補償值建立雜波圖并形成目標錄取點跡（甲板坐標）；數(shù)據(jù)處理將收到的點跡變?yōu)榇蟮刈鴺撕笤龠M行航跡跟蹤處理。按照圖1所示的方法，雷達可均勻覆蓋每一個俯仰搜索波位，并對監(jiān)視和搜索到的目標保持連續(xù)跟蹤。

2 設計要點

2.1 系統(tǒng)通信

采用電子穩(wěn)定平臺，雷達伺服系統(tǒng)應實時采集艦參數(shù)，并將有關數(shù)據(jù)及時傳輸給相關的分系統(tǒng)，確保雷達正常工作。電子穩(wěn)定平臺的信息流轉(zhuǎn)，可以利用雷達內(nèi)部建立的數(shù)據(jù)傳輸鏈路實現(xiàn)。如圖2所示。

雷達天線方位波束駐留時間內(nèi)，俯仰角從低到高掃描一次為一幀，通信周期即為一幀時間，電子穩(wěn)定平臺的信息在一幀內(nèi)應完成一次交互。以方位波束寬度2.5°，天線2s一轉(zhuǎn)為例，一幀時間大致為12.5ms（考慮一定的方位重疊系數(shù)）。

2.2 雷達資源調(diào)度系統(tǒng)

一維相掃雷達的資源調(diào)度是雷達的管理與定時中心，雷達探測的俯仰空域、雷達重復周期、工作頻率等都由資源調(diào)度系統(tǒng)確定。采用電子穩(wěn)定平臺的雷達資源調(diào)度，在調(diào)度跟蹤波位時可以在艦體搖擺情況下適時、準確地插入跟蹤波位，實現(xiàn)對相控陣資源的最大利用。

2.3 伺服系統(tǒng)

由于資源調(diào)度有一定時間的提前量，與調(diào)度計算相關的艦參數(shù)都采用預測值，故預測的準確性非常重要。伺服對艦搖參數(shù)的預測步驟為：（1）采集測量值，（2）剔除野值，（3）Kalman濾波，（4）外推。外推計算時按需求情況進行變時間周期外推。圖3給出了伺服系統(tǒng)對艦搖參數(shù)的預測精度，圖中顯示，五級海情條件下，對縱搖參數(shù)預測精度優(yōu)于0.1°，對橫搖預測精度優(yōu)于0.15°。在這樣的精度條件下，不會影響雷達搜索空域的覆蓋（因為雷達俯仰角波位安排都有一定程度的交疊），也不會造成跟蹤波束指向錯誤（因為雷達天線波束寬度可完全覆蓋因艦搖參數(shù)引起的波束指向誤差）。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用電子穩(wěn)定平臺后，雷達測量的原始點跡為甲板坐標，而數(shù)據(jù)處理進行航跡跟蹤時采用大地坐標，而大地坐標的方位與甲板坐標的方位有比較大的差值。這意味著在點跡凝聚完成后，將點跡甲板坐標變換到大地坐標時，點跡所處的扇區(qū)可能發(fā)生變化，既可能提前，也可能延后。而穩(wěn)定航跡的航跡、點跡相關處理必須在其處理范圍內(nèi)所有有效點跡都搜集完成的情況下才能進行，故要等待若干扇區(qū)，等待所有延后的點跡都輸入后才能進行穩(wěn)定航跡處理。其滑窗-流水處理見圖4。

圖4中的滑窗-流水處理是一種“雙扇區(qū)”處理方式，對點跡的處理可以按天線實際掃過的扇區(qū)處理，但對航跡的跟蹤處理則在大地坐標系下的虛擬扇區(qū)中進行，圖中K為甲板坐標變?yōu)榇蟮刈鴺撕簏c跡變化的扇區(qū)數(shù)。

在進行坐標變換時，為確保點跡精度，數(shù)據(jù)處理對接收到的艦搖參數(shù)要進行內(nèi)插處理，使坐標變換時使用的艦搖參數(shù)與得到目標點跡的時刻吻合，可最大程度地減小坐標變換誤差。

3 結(jié)語

某型三坐標雷達采用了電子穩(wěn)定技術(shù)，在艦艇上經(jīng)過多次目標跟飛試驗，目標跟蹤能力及跟蹤精度都取得了良好的效果。本文介紹的技術(shù)對于某些要求行進中工作使用的車載雷達也有一定借鑒意義。由于艦船的搖擺，采用固定陣面形式的艦載雷達的有效覆蓋空域要比艦船不搖擺時小，為了避免出現(xiàn)空域盲區(qū)，艦載雷達的掃描范圍要比大地坐標系下雷達的覆蓋空域大。

參考文獻

[1]王昭.某天線穩(wěn)定平臺的結(jié)構(gòu)設計[J].電子機械工程，2012，28（4）：25-28.

Abstract：Electronic stability platform can provide a means for eliminating the ship swing of Shipborne Phased Array Radar Search， this paper expounds the working principle， and then introduces the design points need to focus on implementation of search radar antenna stable platform of electronic.

Key Words：Shipborne radar； one-dimensional phase scanning radar； stabilized platformendprint