雷達(dá)機(jī)動(dòng)性提升途徑的探討

洪林峰

(南京電子技術(shù)研究所，江蘇 南京 210013)

1 機(jī)動(dòng)性定義

目前，各種軍用標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)雷達(dá)機(jī)動(dòng)性均無明確的定義。2008年出版的《對(duì)空情報(bào)雷達(dá)總體論證：理論與實(shí)踐》一書中，將非固定式雷達(dá)分為可移動(dòng)式、機(jī)動(dòng)式和高機(jī)動(dòng)式3種，并對(duì)其分別進(jìn)行了定義。可移動(dòng)式是指雷達(dá)全部設(shè)備可撤收搬移進(jìn)行異地架設(shè)，對(duì)其架設(shè)和撤收時(shí)間以及運(yùn)輸方式無嚴(yán)格要求；機(jī)動(dòng)式雷達(dá)通常是利用自身配備的運(yùn)輸車輛實(shí)現(xiàn)自行運(yùn)輸，其架設(shè)和撤收時(shí)間一般為數(shù)小時(shí)；高機(jī)動(dòng)式雷達(dá)可快速實(shí)施機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)移，其自身配備的運(yùn)輸車輛具有較強(qiáng)的越野能力，架設(shè)和撤收時(shí)間一般在0.5 h以內(nèi)[1]。隨著技術(shù)的發(fā)展，近10多年來雷達(dá)在機(jī)動(dòng)技術(shù)方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前，根據(jù)雷達(dá)的架設(shè)時(shí)間，業(yè)內(nèi)一般將架、撤、收時(shí)間超過30 min的稱為可移動(dòng)式雷達(dá)，在30 min以內(nèi)的稱為機(jī)動(dòng)式雷達(dá)，在15 min甚至10 min以內(nèi)的稱為高機(jī)動(dòng)式雷達(dá)。

筆者認(rèn)為，根據(jù)作戰(zhàn)需求的變化，機(jī)動(dòng)性除包括架撤時(shí)間和自行機(jī)動(dòng)能力外，還應(yīng)包括適裝能力以及架撤舒適性。適裝是指雷達(dá)能采用火車、飛機(jī)、艦船等進(jìn)行長(zhǎng)距離轉(zhuǎn)移；架撤舒適性是指雷達(dá)架撤所需的人力、設(shè)備和勞動(dòng)強(qiáng)度。依據(jù)雷達(dá)機(jī)動(dòng)性要素的重要程度其排列順序?yàn)榧艹窌r(shí)間、架撤舒適性、自行機(jī)動(dòng)能力、適裝能力，這4個(gè)要素不是孤立的，而是相互影響的?；谏鲜龆x，分別對(duì)雷達(dá)機(jī)動(dòng)性的4個(gè)要素進(jìn)行探討。

2 架撤時(shí)間提升方法

架撤時(shí)間是雷達(dá)機(jī)動(dòng)性的最主要因素，縮短架撤時(shí)間是雷達(dá)機(jī)動(dòng)性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。采用最大因子排除法，可以有效縮短雷達(dá)架撤時(shí)間，提高雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性。要找到影響架撤時(shí)間的最大因子，就需要先將雷達(dá)架撤過程分解成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的動(dòng)作，再將這些獨(dú)立動(dòng)作銜接起來，形成雷達(dá)的架撤流程圖[2]。借助圖表，梳理架設(shè)流程的每一個(gè)步驟，量化每一個(gè)獨(dú)立動(dòng)作所需的時(shí)間和人員，找出影響架撤時(shí)間的最大因子，再多路并行地統(tǒng)籌安排，降低最大因子的影響，實(shí)現(xiàn)架撤路徑的最短化。反映到架撤流程圖上就是進(jìn)行合理的人員分組、分工，明確每一個(gè)操作人員的操作內(nèi)容和順序，避免操作干涉，從而實(shí)現(xiàn)架撤時(shí)間最短。

以某高機(jī)動(dòng)雷達(dá)的架撤時(shí)間要求10 min/4人為例，用最大因子排除法進(jìn)行縮短架撤時(shí)間的說明。

首先將雷達(dá)的架設(shè)動(dòng)作分解為各個(gè)獨(dú)立動(dòng)作：發(fā)/取電、拆保護(hù)架、連接電纜、接地、放置墊木、調(diào)平、抗傾覆腿展開、尋北、展開陣面、倒豎陣面、斷開油路、方位解鎖、后端設(shè)備開機(jī)等；然后對(duì)各個(gè)獨(dú)立動(dòng)作所需的時(shí)間和人員進(jìn)行量化，根據(jù)實(shí)際操作情況將每個(gè)動(dòng)作的平均用時(shí)精確到秒，人員數(shù)量壓縮至最少。上述各個(gè)獨(dú)立動(dòng)作所需的時(shí)間/人員見表1。

表1 動(dòng)作時(shí)間/人員表

如果按照表1將時(shí)間全部線性疊加，約為18 min，不滿足高機(jī)動(dòng)式雷達(dá)的架設(shè)時(shí)間要求，因此要縮短架設(shè)時(shí)間?？s短架設(shè)時(shí)間有兩種方法，一是操作人員分組并行動(dòng)作，二是在方法一的基礎(chǔ)上縮短最大單個(gè)因子的動(dòng)作時(shí)間。

方法一，從表1中可以看出，8個(gè)動(dòng)作需要1人,4個(gè)動(dòng)作需要2人，1個(gè)動(dòng)作需要4人，因此可以將4人進(jìn)行分組，并行工作，縮短架設(shè)時(shí)間。表1中時(shí)間最長(zhǎng)的獨(dú)立動(dòng)作為拆除保護(hù)架(180 s/4人)、尋北(180 s/1人)、后端設(shè)備開機(jī)(180 s/1人)，拆除保護(hù)架需要4人，無法與其他工作同步，而尋北、后端設(shè)備開機(jī)均只需1人進(jìn)行按鍵操作，然后設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行，因此可以和其他動(dòng)作并行。

按照上述規(guī)劃將人員分組并制作流程圖，將雷達(dá)的具體架設(shè)流程、動(dòng)作內(nèi)容和順序及時(shí)間/人員分配在圖中清晰地表達(dá)出來，如圖1所示，由圖可以看出，雷達(dá)的架設(shè)時(shí)間滿足10 min/4人的要求。

圖1 方法一架設(shè)流程和時(shí)間/人員分配圖

如果不考慮經(jīng)濟(jì)成本，可以實(shí)施方法二，即縮短最大單個(gè)因子的動(dòng)作時(shí)間，迭代并優(yōu)化方法一的架設(shè)流程。比如將影響架設(shè)時(shí)間的最大因子——拆除保護(hù)架動(dòng)作，由180 s/4人的手動(dòng)操作優(yōu)化成120 s/1人的自動(dòng)操作，縮短時(shí)間，減少人力需求，使其與其他動(dòng)作并行操作；通過增加泵站功率或獨(dú)立泵站數(shù)量，使陣面展開與陣面倒豎并行，縮短架設(shè)時(shí)間。

方法二循環(huán)迭代優(yōu)化，形成新的架設(shè)流程和時(shí)間/人員分配圖，架設(shè)時(shí)間縮短至6 min/4人，如圖2所示。

圖2 方法二架設(shè)流程和時(shí)間/人員分配圖

從工程實(shí)現(xiàn)來看，雷達(dá)的架設(shè)時(shí)間越短,架設(shè)過程中的容錯(cuò)率越低,這就要求操作人員動(dòng)作熟練且配合默契，各個(gè)獨(dú)立動(dòng)作間的切換、銜接要流暢，連接無差錯(cuò)。架設(shè)時(shí)間縮短，也會(huì)帶來雷達(dá)成本的增加，因此需要考慮性價(jià)比是否合適，不能盲目地追求架設(shè)速度。

3 架撤舒適性提升方法

假設(shè)兩部雷達(dá)的架撤時(shí)間都是10 min，一部雷達(dá)需要操作人員高強(qiáng)度操作10 min完成架撤，另一部雷達(dá)只需操作人員按幾個(gè)按鈕即可自動(dòng)完成架撤，特別是在烈日、大雨等惡劣天氣進(jìn)行架撤操作，這兩部雷達(dá)用戶體驗(yàn)的差別可想而知。在用戶至上理念深入人心的今天，雷達(dá)架撤的舒適性也是一個(gè)重要的研究課題。

架撤舒適性提升的主要方法是打破傳統(tǒng)，采用自動(dòng)化手段代替人工操作，通過信號(hào)控制減少人工判斷和干預(yù)，同時(shí)降低操作人員的專業(yè)門檻，直至實(shí)現(xiàn)一鍵架設(shè)的目標(biāo)。例如第2節(jié)高機(jī)動(dòng)式雷達(dá)的保護(hù)架架撤、電纜連接、油路通斷等操作，傳統(tǒng)的方法是人工操作的，但是隨著技術(shù)進(jìn)步這些操作均可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

保護(hù)架架撤以往需要4個(gè)強(qiáng)壯的操作人員熟練配合，才能在3 min內(nèi)將保護(hù)架抬離天線車。若采用全自動(dòng)化手段，只需1人按鍵操作在2 min內(nèi)即可完成保護(hù)架的架撤，既提高了架設(shè)速度又減少了操作人員、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。這種方法在現(xiàn)代雷達(dá)中已實(shí)現(xiàn)，如圖3所示的俄羅斯雷達(dá)。目前，國(guó)內(nèi)也有采用類似架撤方法設(shè)計(jì)的雷達(dá)保護(hù)架。

圖3 某雷達(dá)的保護(hù)架圖片

電纜連接通常是指兩個(gè)雷達(dá)車之間電源、信號(hào)的連通。隨著技術(shù)的突破，信號(hào)的連通已經(jīng)可以將多根信號(hào)電纜傳輸轉(zhuǎn)化成一根光纖傳輸，但是大功率的電源電纜目前還沒有找到很好的替代品。電源電纜又粗又重，收放電纜是一個(gè)高強(qiáng)度的體力活。提高此項(xiàng)操作舒適性的方法有兩種：一是取消電源電纜，采用取力發(fā)電提供雷達(dá)所需的電能，但目前最大發(fā)電量?jī)H有100 kW，且發(fā)電設(shè)備在車輛上占據(jù)一定的空間，有很大的局限性；二是使用電動(dòng)電纜盤輔助人工架設(shè)，大型雷達(dá)采用的電纜規(guī)格大，電動(dòng)電纜盤可以使操作人員輕松地收放電纜，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提升用戶體驗(yàn)[3]。電動(dòng)電纜盤在國(guó)內(nèi)已有很多雷達(dá)在使用，并將持續(xù)改進(jìn)，使其更輕巧、方便。

雷達(dá)從靜止態(tài)切換到旋轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，需要切斷影響其連續(xù)旋轉(zhuǎn)的液壓管路。液壓管路中油壓的存在，使得油管通斷變得非常費(fèi)力，影響架設(shè)進(jìn)程。液壓管路通斷是純體力活，可以采用助力機(jī)構(gòu)輔助架撤人員完成，也可以采用全自動(dòng)化機(jī)構(gòu)來完成，目前這兩種機(jī)構(gòu)在我國(guó)的雷達(dá)中均有使用，大大減輕了架撤人員的作業(yè)強(qiáng)度，是小機(jī)構(gòu)大方便的典范。

每個(gè)獨(dú)立動(dòng)作的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，都是雷達(dá)機(jī)動(dòng)性的一個(gè)小小突破，隨著架設(shè)過程中人工干預(yù)越來越少，終將會(huì)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)從運(yùn)輸狀態(tài)到工作狀態(tài)自動(dòng)切換的一鍵操作，為未來更高級(jí)別的自動(dòng)架撤系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)[4]。

4 自行機(jī)動(dòng)能力提升方法

雷達(dá)車的自行機(jī)動(dòng)能力主要是指雷達(dá)車整裝狀態(tài)下具備在等級(jí)道路上通過的能力，可以采用公路等級(jí)選車法來提升雷達(dá)車自行機(jī)動(dòng)能力。

JTGB01《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中將我國(guó)的等級(jí)道路分為5級(jí)，各等級(jí)道路的最高速度、路基寬度、最小轉(zhuǎn)彎半徑、最大縱坡等參數(shù)見表2。為了滿足各等級(jí)公路路況要求，車輛應(yīng)具備相應(yīng)的通過性幾何參數(shù)要求，具體參數(shù)包括最小離地間隙、接近角、離去角、最小轉(zhuǎn)彎半徑、縱向通過角等。

表2 我國(guó)現(xiàn)行道路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

從表2可以看出，公路等級(jí)越低，路況越差，對(duì)車輛的要求也就越高，雷達(dá)車能適應(yīng)的公路等級(jí)越低，其自行機(jī)動(dòng)的能力就越強(qiáng)。在進(jìn)行雷達(dá)設(shè)計(jì)選車時(shí)，應(yīng)根據(jù)研制要求的公路等級(jí)選擇車輛，尤其要注意車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑、轉(zhuǎn)彎時(shí)需要的路寬應(yīng)符合要求。

對(duì)于單車?yán)走_(dá)而言，這些參數(shù)在軍用車輛定型時(shí)就基本固化了，選用軍用車輛型譜中的車輛，無需重大的改裝如改軸距等，基本的道路通過性就滿足了[5]。但影響通過性的因素還有平地轉(zhuǎn)彎最高車速、坡道轉(zhuǎn)彎最高車速、最大爬坡度,這些指標(biāo)具體的計(jì)算方法可參見文獻(xiàn)[6]。根據(jù)這些參數(shù)的計(jì)算公式可知，其主要與裝載設(shè)備質(zhì)量以及整車重心高度有關(guān)，因此設(shè)計(jì)時(shí)要采用減重、降低重心高度等手段來提高車輛的自行機(jī)動(dòng)能力，常用的方法是同功能結(jié)構(gòu)融合，比如天線座基座與設(shè)備安裝平臺(tái)一體化設(shè)計(jì)、半掛車與雷達(dá)轉(zhuǎn)臺(tái)一體化設(shè)計(jì)等，具體見文獻(xiàn)[7]、[8]。

半掛車?yán)走_(dá)的道路通過性計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，需要考慮牽引車和半掛車的綜合性能，其最小轉(zhuǎn)彎半徑、道路路寬、平地轉(zhuǎn)彎最高車速、坡道轉(zhuǎn)彎最高車速、最大爬坡度等參數(shù)需要根據(jù)每個(gè)半掛車的具體情況進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法參考文獻(xiàn)[9]。一些特種超限雷達(dá)的載車是定制的，其道路通過性分析可以參考文獻(xiàn)[10]。

選擇通過性參數(shù)能滿足或高于研制要求中規(guī)定路面等級(jí)的載車，并通過設(shè)計(jì)降低其質(zhì)量和重心來提高行駛安全性。隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的大幅提升，各種等級(jí)的道路縱橫交錯(cuò)，現(xiàn)有的車輛基本上可以到達(dá)我國(guó)95%以上的地區(qū)，因此可以根據(jù)設(shè)備使用區(qū)域跟使用方協(xié)商考慮選用民用車輛，這樣可以大幅度擴(kuò)大車輛的選擇范圍。

5 適裝能力提升方法

我國(guó)幅員遼闊而且地形復(fù)雜，有高原、沙漠、平原、海島等，東西、南北的跨度均在5 000 km以上，如果僅依靠車輛自身機(jī)動(dòng)去跨越，需要的時(shí)間和人員成本巨大。隨著我國(guó)鐵路網(wǎng)越來越密集，運(yùn)20運(yùn)輸機(jī)以及大型混裝船服役，借助火車、飛機(jī)、輪船來進(jìn)行大范圍的轉(zhuǎn)移是可行的也是必須的。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮雷達(dá)設(shè)備在公路、鐵路、海洋、空中運(yùn)輸?shù)耐ㄓ眯?。根?jù)GJB 2948《運(yùn)輸裝載尺寸與重量限制》和相關(guān)資料的要求，公路、鐵路、海運(yùn)、空運(yùn)(運(yùn)20)的運(yùn)輸界限、承載質(zhì)量要求見表3。

表3 各種類型運(yùn)輸界限和承載質(zhì)量表

將表中數(shù)據(jù)(不含海運(yùn))轉(zhuǎn)換成運(yùn)輸界限圖形，其截面如圖4所示。通過綜合界限截面圖，結(jié)合雷達(dá)車端面圖，可以直觀地找出雷達(dá)車哪里超限。

圖4 公路、鐵路、運(yùn)20運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸界限截面圖

當(dāng)雷達(dá)車無需采取任何措施即可自行機(jī)動(dòng)至火車運(yùn)輸平板、輪船甲板/艙以及運(yùn)20運(yùn)輸機(jī)貨艙中時(shí), 其適裝能力最好，轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)操作時(shí)間短，對(duì)操作人員的專業(yè)要求低。但滿足上述條件的雷達(dá)車其設(shè)計(jì)難度最高，需要同時(shí)考慮各種運(yùn)輸工具的尺寸界限、質(zhì)量界限，條件眾多，互相交織，非常復(fù)雜。通過綜合運(yùn)輸界限截面圖，可以迅速確定超限的位置和運(yùn)輸類型，幫助設(shè)計(jì)師迅速鎖定整車的外形和質(zhì)量。

當(dāng)雷達(dá)車的運(yùn)輸單元不能同時(shí)滿足整車鐵路、輪船、運(yùn)20運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸時(shí)，為了提高雷達(dá)車的適裝能力，借助綜合界限截面圖可以將一個(gè)超限的運(yùn)輸單元，分解成多個(gè)適裝的運(yùn)輸單元。分解的原則是：分解后的運(yùn)輸單元盡量少，分解所需的工具/設(shè)備盡量為常用工具/設(shè)備，分解動(dòng)作勞動(dòng)強(qiáng)度低，分解動(dòng)作盡量避免專業(yè)化程度高的操作。

6 結(jié)束語

雷達(dá)機(jī)動(dòng)性的4個(gè)要素并不是獨(dú)立存在的，它們是相互影響的，采用的方法也不是一成不變的，需要整體考慮。例如為提高架撤舒適度采用自動(dòng)保護(hù)架，而保護(hù)架自動(dòng)架撤需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)又需要安裝空間并增加總質(zhì)量，可能會(huì)影響雷達(dá)車的適裝性和道路通過性，可謂牽一發(fā)而動(dòng)全身。因此提升雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性，從整體層面來看需要解決兩個(gè)方面的問題，一是提升雷達(dá)機(jī)動(dòng)性整體規(guī)劃能力，二是最大影響因子的技術(shù)突破。

時(shí)代前進(jìn)的腳步催生技術(shù)的進(jìn)步，戰(zhàn)場(chǎng)需求的變化，使雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性所包含的內(nèi)容也將發(fā)生變化，在不久的將來，機(jī)動(dòng)性可能要包括行進(jìn)間工作、自動(dòng)駕駛、無人架設(shè)、智慧架設(shè)等方面，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)緊跟時(shí)代的步伐，設(shè)計(jì)出最好最美的雷達(dá)。