火控雷達跟蹤目標系統(tǒng)響應時間的研究

文/張西平 梁江鵬 楊茜 陳國際

1 引言

隨著防空領域武器系統(tǒng)發(fā)展，防空目標由原先傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗機、巡航導彈類目標，轉變?yōu)镽CS更小的低速無人機等低空目標，面對作戰(zhàn)目標的變化，對于火控系統(tǒng)的響應時間以及響應速度提出更高的要求，其中在武器系統(tǒng)中承擔重要角色的探測器響應時間縮短對于系統(tǒng)系統(tǒng)響應時間的貢獻顯得尤為重要，火控雷達中，系統(tǒng)響應時間主要由伺服調轉時間和信息處理時序所占用的時間組成，信息處理占用的時間由系統(tǒng)時序規(guī)劃決定，當雷達的時序關系確定好之后，處理信息的時間長短已經確定，變化的部分為伺服調轉時間，該部分時間主要由伺服調轉策略以及伺服驅動電機加速度、速度確定，在伺服驅動電機選定的情況下，伺服調轉策略的選擇確定了調轉時間。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

2 模型建立

2.1 模型1

2.2 模型2

雷達天線由運動以最大加速度減速到達靜止狀態(tài)，如果停止位置滿足則雷達天線運動保持與天線在搜索狀態(tài)運動方向一致，以恒定加速度減速停止在期望位置，如圖3所示，如果停止位置滿足則雷達天線最大加速度減速至靜止，然后以與天線搜索狀態(tài)相反的方向方向加速再減速最終靜止在期望位置，如圖4所示。

3 系統(tǒng)響應時間推導

對于搜跟一體雷達，雷達方位上為機械跟蹤的情況下，搜索轉跟蹤過程中，天線伺服調轉的方式會有多種方式，在此考慮兩種伺服調轉控制策略，對比兩種方法在不同角加速度、不同調轉角度下的響應時間，選擇調轉時間更短的作為雷達天線搜索轉跟蹤的伺服控制策略，天線伺服調轉用時更短的，對于系統(tǒng)響應貢獻更大。

圖7

圖8

圖9

圖10

圖11

圖12

3.1 采用伺服控制策略1

3.1.1 直接減速

3.1.2 勻速再減速

圖13

圖14

由圖6可計算天線調轉時間如下：

3.1.3 采用調轉策略1時間推導流程

如圖7所示。

3.2 采用伺服控制策略2

天線由搜索狀態(tài)最快轉為靜止狀態(tài)，即以最大加速度減速，可將在用時最短的情況下轉為靜止，在整個過程中天線轉動的角度為 ，可推導其值大小如式：

圖15

圖16

雷達天線轉為靜止狀態(tài)時方位角為

3.2.1 先順時針再逆時針調轉1

3.2.2 順時針直接減速1

3.2.3 順時針直接減速2

3.2.4 先順時針再逆時針調轉2

3.2.5 采用調轉策略2時間推導流程

雷達調轉天線響應時間處理流程如圖13所示。

4 仿真分析

系統(tǒng)設計過程中，伺服調轉最大加速度指標給定，雷達天線在任意角度調轉過程中，其調轉時間可分別采用上述兩種策略進行仿真計算，對比其方法策略的優(yōu)劣性。

4.1 給定固角度、加速度、速度情況下采用兩種調轉策略時間對比

假定最大加速度為400°/s2，當前天線轉速為180°/s，雷達當前位置為2500mil，仿真計算得到雷達天線調轉到任意位置的時間關系如圖14所示。

其中紅色為采用策略1調轉時間，藍色為策略2調轉時間，從上圖可分析當期望位置在170mil，即期望位置小于2330mil范圍內，采用調轉策略2所需時間小于采用策略1調轉天線所用的時間，其它情況下，采用策略1調轉雷達天線所需時間更短，即在小于期望角度一定范圍角度內，采用策略2可以減小雷達天線伺服調轉的最大時間。

當雷達當前位置變化時，即該圖發(fā)生左右平移，采用兩種調轉天線策略時間相對關系保持不變，即在火控系統(tǒng)中要求雷達天線調轉時間最短的情況下采用兩種策略的結合，取調轉角度時間較短的方法策略。

4.2 不同加速度情況下雷達天線調轉時間對比

采用兩種策略結合的方法，仿真分析加速度分別為250°/s2和400°/s2情況下天線調轉時間，從圖15可看出，隨著加速度的提高，天線調轉最大時間降低，加速度為400°/s2時最大時間小于加速度為250°/s2約0.7s,因此在系統(tǒng)設計指標時為降低系統(tǒng)響應時間，可適度提高伺服加速度值。

4.3 不同轉速下雷達天線調轉時間對比

采用兩種策略結合的方法，仿真分析速度分別為180°/s和360°/s情況下天線調轉時間，從圖16可看出，隨著天線轉速提高，天線調轉最大時間降低，速度為360°/s時最大時間與速度為180°/s時最大調轉時間相比，降低了約 0.3s,因此在系統(tǒng)設計時也可通過提高天線轉速降低系統(tǒng)伺服響應時間。

5 結束語

本文通過建立模型分析得出可通過選取合適的天線調轉控制策略，可優(yōu)選出調轉到任意角度用時最短的伺服控制策略，同時選擇最大加速度較大伺服系統(tǒng)、提高天線搜索狀態(tài)下速度均可較小天線調轉最大時間。