艦載雷達(dá)探測(cè)精度標(biāo)定方法研究

劉千里，吳 暉

艦載雷達(dá)探測(cè)精度標(biāo)定方法研究

劉千里，吳 暉

（海軍裝備部駐武漢地區(qū)第五軍代表室，武漢 430205）

本文通過(guò)深入研究有源靜態(tài)標(biāo)定、無(wú)源動(dòng)態(tài)標(biāo)定與二次雷達(dá)標(biāo)定等艦載雷達(dá)標(biāo)定方法，基于實(shí)際工程作業(yè)中標(biāo)定設(shè)備真值精度需求，進(jìn)一步明確艦載雷達(dá)標(biāo)定技術(shù)方案設(shè)計(jì)原則，初步完成艦艇雷達(dá)標(biāo)定系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，在滿足雷達(dá)精度的前提下，極大的縮短艦載雷達(dá)的標(biāo)定試驗(yàn)周期，提高工作效率，減少探測(cè)誤差，保障艦艇雷達(dá)的性能指標(biāo)，對(duì)艦載雷達(dá)的建造調(diào)試具有一定指導(dǎo)意義。

艦載雷達(dá) 探測(cè)精度 標(biāo)定方法

0 引言

在艦艇的建造工程中，通常會(huì)通過(guò)靜態(tài)標(biāo)定[1]、動(dòng)態(tài)標(biāo)定[2]與雷達(dá)標(biāo)定等方法[3]，通過(guò)選擇合適的標(biāo)定方法保證艦載雷達(dá)的探測(cè)精度，保證艦載雷達(dá)建造質(zhì)量，使雷達(dá)的性能指標(biāo)在出廠前調(diào)試至最優(yōu)效果，確保艦艇擁有優(yōu)越的作戰(zhàn)效能。在不同的條件下選擇合適的雷達(dá)標(biāo)定方法進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)提高軍艦雷達(dá)精度，提升軍艦的整體作戰(zhàn)性能有著重要的意義。

1 艦載雷達(dá)標(biāo)定方法

1.1 有源靜態(tài)標(biāo)定方法

有源靜態(tài)標(biāo)定方法是基于在一定高度空曠的地帶架設(shè)雷達(dá)信標(biāo)機(jī)，在防止附近反射的雜波影響下，保證雷達(dá)天線與信標(biāo)機(jī)之間無(wú)遮擋?；谘訒r(shí)對(duì)雷達(dá)輻射的信號(hào)模擬遠(yuǎn)距離目標(biāo)回波，弱化了地雜波干擾，加強(qiáng)了雷達(dá)在復(fù)雜地雜波背景下對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)分辨能力，對(duì)目標(biāo)放置位置與架設(shè)場(chǎng)地限制較小。

具體標(biāo)定方法如下：利用有源信標(biāo)機(jī)架設(shè)在距離軍艦3～5 km的空曠地帶，接收雷達(dá)信號(hào)并轉(zhuǎn)發(fā)，在雷達(dá)顯示器上形成平均穩(wěn)定的回波點(diǎn)，真值為有源信標(biāo)系統(tǒng)測(cè)算出相對(duì)于雷達(dá)天線的方位距離信息。該系統(tǒng)可以調(diào)整有源信標(biāo)的接收靈敏度，也可通過(guò)調(diào)節(jié)時(shí)間延遲改變目標(biāo)，將其設(shè)置在雷達(dá)顯示畫(huà)面雜波少的位置，使雷達(dá)回波點(diǎn)穩(wěn)定清晰，在艦載雷達(dá)標(biāo)定方法中應(yīng)用廣泛。

有源靜態(tài)標(biāo)定方法的優(yōu)點(diǎn)是精度普遍較高，且操作簡(jiǎn)便，方案成熟，價(jià)格低廉；而缺點(diǎn)同樣鮮明，一般在艦艇系泊試驗(yàn)階段標(biāo)定，城市中建筑物太多回波雜亂，找到一片無(wú)遮擋且空曠的地帶有一定難度。

1.2 無(wú)源動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法

傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法一般配試氣球做標(biāo)定源，航路設(shè)計(jì)自主性差，目標(biāo)控制弱，無(wú)法隨時(shí)調(diào)整目標(biāo)航路?，F(xiàn)在采取的無(wú)源動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法配試旋翼無(wú)人機(jī)做標(biāo)定源，通過(guò)定位雷達(dá)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算真值，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后獲取仰角誤差值。

無(wú)源動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法具體所對(duì)應(yīng)的標(biāo)定流程如下圖1所示。其基本標(biāo)定過(guò)程為：無(wú)人機(jī)按提前規(guī)劃好的航路自主飛行，利用衛(wèi)星定位設(shè)備（自帶存儲(chǔ)功能）對(duì)無(wú)人機(jī)與雷達(dá)位置的大地坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，同時(shí)利用在艦載雷達(dá)錄取端接入時(shí)統(tǒng)設(shè)備保證記錄數(shù)據(jù)的時(shí)間保持同步，雷達(dá)跟蹤無(wú)人機(jī)航跡，用雷達(dá)位置信息測(cè)算出無(wú)人機(jī)相對(duì)雷達(dá)天線的方位距離作為標(biāo)定真值，通過(guò)解算誤差得到仰角誤差。完成誤差修正后再次重復(fù)上述標(biāo)定過(guò)程，從而驗(yàn)證標(biāo)定結(jié)果，直至系統(tǒng)誤差達(dá)到可接受范圍為止。

無(wú)源動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法航路可控，不受空中交通管制影響，不需協(xié)調(diào)兵力及海空域，靈活度高，重復(fù)性好，成本低廉，實(shí)施性較強(qiáng)。但是缺點(diǎn)也很明顯，無(wú)人機(jī)體積小反射面積小，飛行距離短，且探測(cè)精度較低。

圖1 無(wú)源動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法標(biāo)定流程圖

1.3 二次雷達(dá)標(biāo)定方法

二次雷達(dá)標(biāo)定方法配試標(biāo)定應(yīng)答機(jī)做標(biāo)定源，普遍包含會(huì)隨時(shí)間變化的密碼系統(tǒng)，由于二次雷達(dá)水平波束的寬度普遍大于一次雷達(dá)，同時(shí)需要特殊考慮方位角標(biāo)定，因此二次雷達(dá)標(biāo)定一直被認(rèn)為是艦載雷達(dá)探測(cè)精度標(biāo)定的難點(diǎn)。

本文提及的二次雷達(dá)標(biāo)定方法主要利用艦載雷達(dá)敵我識(shí)別器的單脈沖詢問(wèn)天線[4]方向存在的對(duì)稱性[5]。同時(shí)接收和差波束的應(yīng)答信號(hào)，基于幅度差別控制波束寬度，測(cè)得起始角度和結(jié)尾角度，再按下式（1）估算波束中心測(cè)量值：

得到估算值后，比對(duì)波束中心測(cè)量值和標(biāo)定設(shè)備實(shí)際位置真值，即可獲得方位角系統(tǒng)誤差。最后比對(duì)真值與艦載雷達(dá)敵我識(shí)別器本身測(cè)得的距離測(cè)量值，即可獲得距離誤差。

2 艦載雷達(dá)標(biāo)定技術(shù)方案設(shè)計(jì)

2.1 標(biāo)定設(shè)備真值精度需求

目前實(shí)際工程作業(yè)中真值設(shè)備精度指標(biāo)通常會(huì)低于雷達(dá)的測(cè)量精度指標(biāo)的1/3。而在雷達(dá)精度試驗(yàn)中，真值精度必須高于被標(biāo)校雷達(dá)測(cè)量精度的3倍以上。目前艦載雷達(dá)的種類繁多，且測(cè)量精度不同，艦載雷達(dá)典型測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)如下表1所示，由表可見(jiàn)：1）跟蹤雷達(dá)的方向精度、距離精度、仰角精度與定位精度均最高，而對(duì)空警戒雷達(dá)的測(cè)量精度均最低；2）頻掃三坐標(biāo)雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)和跟蹤雷達(dá)均需要標(biāo)定仰角精度。

目前可選用電子經(jīng)緯儀、ATLAS雷達(dá)、激光測(cè)距儀和GPS全球定位系統(tǒng)作為真值測(cè)量設(shè)備[6]。其中，除GPS全球定位系統(tǒng)外主要應(yīng)用在雷達(dá)靶場(chǎng)，雖測(cè)量精度高，但設(shè)備龐大、操作復(fù)雜，且價(jià)格較高；而GPS系統(tǒng)雖體積小，操作簡(jiǎn)單，不受環(huán)境影響，但測(cè)量精度有限[7]?；谳d波相位差分的相關(guān)技術(shù)，GPS設(shè)備的定位精度可在cm級(jí)的范圍內(nèi)，故其成為真值測(cè)量首選設(shè)備。

表1 艦載雷達(dá)典型測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)

2.2 標(biāo)定技術(shù)方案設(shè)計(jì)原則

艦載雷達(dá)的標(biāo)定是一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程[8]，影響其標(biāo)定精度及效果的因素很多，需統(tǒng)籌安排，合理規(guī)避各方面造成的系統(tǒng)誤差[9]。經(jīng)過(guò)對(duì)標(biāo)定方法的分析，現(xiàn)進(jìn)行艦載雷達(dá)標(biāo)定技術(shù)方案設(shè)計(jì)。為更好保證艦載雷達(dá)的標(biāo)定精度及效率，在方案設(shè)計(jì)時(shí)，需基于以下三項(xiàng)原則：

1）受試設(shè)備因素：艦載雷達(dá)通常具有多工作模式，每種模式的脈寬、脈沖數(shù)、頻點(diǎn)皆有所不同，在不同工作模式之間存在系統(tǒng)誤差，因此在艦載雷達(dá)的標(biāo)定應(yīng)安排在雷達(dá)功能調(diào)試結(jié)束后進(jìn)行，需先將雷達(dá)不同工作模式間系統(tǒng)誤差消除[10]，已確保雷達(dá)標(biāo)定的有效；

2）配試儀器因素：艦載雷達(dá)動(dòng)態(tài)標(biāo)定時(shí)，對(duì)標(biāo)定配試裝備應(yīng)有嚴(yán)格要求，除精度要求外，最好選擇高采樣率的GPS或北斗設(shè)備且需保持信息采集時(shí)間必須同步；

3）環(huán)境因素：艦載雷達(dá)標(biāo)定時(shí)，盡量在碼頭或者海況較好的區(qū)域進(jìn)行雷達(dá)標(biāo)定防止縱橫搖對(duì)標(biāo)定時(shí)產(chǎn)生影響帶來(lái)誤差。

3 艦艇雷達(dá)標(biāo)定系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1 各類艦載雷達(dá)標(biāo)定方案

常見(jiàn)的艦載雷達(dá)包括以下五種，分別是對(duì)空警戒雷達(dá)、二坐標(biāo)雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)、三坐標(biāo)雷達(dá)與相控陣?yán)走_(dá)。而標(biāo)定方法大致可分為標(biāo)校塔、有源標(biāo)、氣球、旋翼直升機(jī)與ADS-B五種。各類艦載雷達(dá)的標(biāo)定方案如下表2所示。

表2 各類艦載雷達(dá)標(biāo)定方案

3.2 標(biāo)定系統(tǒng)方案

艦載雷達(dá)標(biāo)定系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)以下四個(gè)分系統(tǒng)：1）有源標(biāo)定系統(tǒng)：移動(dòng)式標(biāo)定源，可用于標(biāo)定艦載一次雷達(dá)的方位角與距離；2）二次雷達(dá)標(biāo)定系統(tǒng)：采取集成式的設(shè)計(jì)，對(duì)艦載雷達(dá)敵我識(shí)別器進(jìn)行狀態(tài)檢查與精度標(biāo)定；3）仰角標(biāo)定系統(tǒng)：采取可自主控制的無(wú)人機(jī)替代傳統(tǒng)軍用飛機(jī)或氣球，用于標(biāo)定所有高度與仰角；4）真值定位系統(tǒng)，基于衛(wèi)星定位采取實(shí)時(shí)差分系統(tǒng)，為上述三個(gè)分系統(tǒng)提供真值數(shù)據(jù)。最后，通過(guò)比對(duì)真值與測(cè)量值即可獲取測(cè)量系統(tǒng)誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

艦載雷達(dá)標(biāo)定是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要從組織“系統(tǒng)”的角度運(yùn)用系統(tǒng)工程技術(shù)的統(tǒng)籌優(yōu)化理論統(tǒng)籌策劃。針對(duì)目前現(xiàn)役艦載雷達(dá)探測(cè)精度標(biāo)定手段不統(tǒng)一、方法不科學(xué)問(wèn)題，重點(diǎn)闡述了有源靜態(tài)標(biāo)定方法、無(wú)源動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法與二次雷達(dá)標(biāo)定方法，根據(jù)不同雷達(dá)精度要求，充分考慮標(biāo)定的地理位置、環(huán)境、資源、經(jīng)費(fèi)及配試儀器儀表等，綜合選用合適的方法進(jìn)行標(biāo)定。

本文初步設(shè)計(jì)艦載雷達(dá)標(biāo)定技術(shù)方案與系統(tǒng)方案，在工程應(yīng)用中有著很好的指導(dǎo)借鑒作用，在滿足雷達(dá)精度的前提下，選擇合適高效的標(biāo)定方法，不僅可提高艦載雷達(dá)零位標(biāo)定的效率，減少各因素造成的誤差，更可保障艦艇雷達(dá)的性能指標(biāo)，為艦艇建造節(jié)省成本及周期。

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The Research on Methords of Ship-board Radar Detection Accuracy Calibtration

Liu Qianli, Wu Hui

(The Fifth Military Representative Office of Wuhan Bureau of the Ministry of Naval Equipment in Wuhan, Wuhan 430205)

U674.7

A

1003-4862（2022）08-0016-03

2022-04-15

劉千里，男，工程師。研究方向：信號(hào)處理，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。E-mail:lqlqj@163.com