姚學(xué)斌（91913部隊(duì)，遼寧　大連　116041）

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相控陣跟蹤測量雷達(dá)測量跟蹤特點(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，推動了雷達(dá)技術(shù)的不斷進(jìn)步，從而使得雷達(dá)無論是在測量距離還是測量準(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)，其測量距離遠(yuǎn)、準(zhǔn)確度高，尤其是在多目標(biāo)的測量跟蹤上具有極強(qiáng)的優(yōu)勢，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量雷達(dá)工作方式與工作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對相控陣跟蹤測量雷達(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，并對相控陣跟蹤測量雷達(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：相控陣跟蹤測量雷達(dá)；跟蹤方式；測量方式

0. 前言

相控陣跟蹤測量雷達(dá)是一種在軍事領(lǐng)域應(yīng)用較多的雷達(dá)設(shè)備，通過使用相控陣跟蹤測量雷達(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量雷達(dá)對飛行器進(jìn)行測量的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)從一個目標(biāo)上分離出多個目標(biāo)，需要對出現(xiàn)的目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行跟蹤捕獲與測量?，F(xiàn)代相控陣跟蹤測量雷達(dá)在跟蹤捕獲多個目標(biāo)方面具有出色的特性，同時(shí)還能根據(jù)測量到的數(shù)據(jù)無站址進(jìn)行誤差轉(zhuǎn)換，從而使得數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確性大大提高，能夠較高精度的完成對于飛行器飛行數(shù)據(jù)的測量。

1. 相控陣跟蹤測量雷達(dá)的主要組成

相控陣跟蹤測量雷達(dá)是一由一套復(fù)雜的系統(tǒng)組成，其通過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)完成對于信號的接收和處理。其中相控陣跟蹤測量雷達(dá)所使用的相控陣天線陣面通過伺服系統(tǒng)進(jìn)行俯仰和位置定位，完成對于相控陣跟蹤測量雷達(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，相控陣跟蹤測量雷達(dá)采用的是電子式的掃描方式，通過電子控制波束的方向，能夠快速的完成對于指向空域的掃描，能夠自主、快速的發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，同時(shí)對于引導(dǎo)數(shù)據(jù)的精度要求大大降低，同時(shí)通過在相控陣跟蹤測量雷達(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量雷達(dá)對于掃描空域內(nèi)實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)跟蹤測量。

2. 相控陣跟蹤測量雷達(dá)的主要工作方式

相控陣跟蹤測量雷達(dá)能夠通過伺服系統(tǒng)控制機(jī)械軸來進(jìn)行方位和俯仰方向的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)對于雷達(dá)陣面范圍內(nèi)的多個目標(biāo)的跟蹤，機(jī)械軸的移動采用的是閉環(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相控陣跟蹤測量雷達(dá)的角度工作方式

在相控陣跟蹤測量雷達(dá)的角度工作過程中，其基本工作方式為手控、引導(dǎo)、搜索、跟蹤等幾個步驟。在手控時(shí)，相控陣跟蹤測量雷達(dá)的操作人員通過使用伺服操縱桿來手動控制相控陣跟蹤測量雷達(dá)陣面法線的指向，將相控陣跟蹤測量雷達(dá)的掃描范圍對準(zhǔn)所需掃描的目標(biāo)空域。利用角度引導(dǎo)數(shù)據(jù)，相控陣跟蹤測量雷達(dá)的伺服系統(tǒng)來驅(qū)動相控陣跟蹤測量雷達(dá)陣面的法線來跟隨引導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行移動，實(shí)現(xiàn)對于空域的掃描。而后，相控陣跟蹤測量雷達(dá)的電子掃描波束按照順序?qū)崿F(xiàn)對于目標(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于指定空域的覆蓋。最后，相控陣跟蹤測量雷達(dá)通過對接收到的目標(biāo)的方位、速度的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成對于相控陣跟蹤測量雷達(dá)移動的方位、俯仰角度誤差的計(jì)算，通過相控陣跟蹤測量雷達(dá)的移動伺服控制系統(tǒng)完成對于目標(biāo)的跟蹤。

相控陣跟蹤測量雷達(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)，利用相控陣跟蹤測量雷達(dá)陣面波束電軸實(shí)現(xiàn)對于目標(biāo)的閉環(huán)跟蹤，這是實(shí)現(xiàn)對于多個目標(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量雷達(dá)對于跟蹤目標(biāo)的測量，完成對于相控陣跟蹤測量雷達(dá)的方位和俯仰角度誤差的計(jì)算，通過利用相控陣跟蹤測量雷達(dá)中的機(jī)械軸的伺服控制完成對于目標(biāo)的機(jī)械軸的閉環(huán)跟蹤，采用此種方式僅能完成對于單個目標(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。對于單個的目標(biāo)可以選擇以上兩種跟蹤方式中的任意一種，使用相控陣跟蹤測量雷達(dá)捕獲到目標(biāo)的回波后，相控陣跟蹤測量雷達(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量雷達(dá)的跟蹤波束與相控陣跟蹤測量雷達(dá)陣面法線之間的相對關(guān)系來選擇機(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于測量目標(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。在相控陣跟蹤測量雷達(dá)跟蹤的過程中，由于跟蹤目標(biāo)在持續(xù)地移動，為了確保目標(biāo)電軸跟蹤在相控陣跟蹤測量雷達(dá)的最大電掃描范圍內(nèi)，需要轉(zhuǎn)動相控陣跟蹤測量雷達(dá)天線的機(jī)械軸來控制雷達(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)行移動等的方式完成對于測量目標(biāo)的跟蹤。

2.2相控陣跟蹤測量雷達(dá)的距離工作模式

相控陣跟蹤測量雷達(dá)在對空搜索狀態(tài)，信號處理分系統(tǒng)對雷達(dá)回波信號進(jìn)行檢測，其中檢測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，相控陣跟蹤測量雷達(dá)會持續(xù)搜索直至通過門限，待到通過門限后進(jìn)入驗(yàn)證與轉(zhuǎn)跟蹤過程。

2.3相控陣跟蹤測量雷達(dá)跟蹤目標(biāo)的捕獲與跟蹤

在相控陣跟蹤測量雷達(dá)的目標(biāo)捕獲中需要確保目標(biāo)在波束范圍內(nèi)，相控陣跟蹤測量雷達(dá)所采用的電掃描方式在目標(biāo)跟蹤、捕獲時(shí)會受到天氣、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。在檢測到目標(biāo)后，需要對檢測到的目標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)對已跟蹤的目標(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)所測量到的目標(biāo)的信息形成測量目標(biāo)的測量值，對測量值進(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)測值，待到在該駐留時(shí)刻檢測到目標(biāo)信號后對新檢測到的角度誤差、距離誤差等的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，并重復(fù)上述過程，從而完成對于目標(biāo)的跟蹤。

2.4做好對于相控陣跟蹤測量雷達(dá)目標(biāo)跟蹤丟失的處理

在使用相控陣跟蹤測量雷達(dá)對飛行目標(biāo)進(jìn)行跟蹤的過程中，由于回波強(qiáng)度起伏以及雜波等的影響，會導(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)最后測量到的目標(biāo)的航跡來推測計(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，如連續(xù)多個駐留對未能檢測到目標(biāo)回波信號，則認(rèn)為跟蹤目標(biāo)的丟失。此時(shí)，需要啟動相控陣跟蹤測量雷達(dá)的搜索功能對目標(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. 相控陣跟蹤測量雷達(dá)測量的特點(diǎn)

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

（1）在飛行目標(biāo)的測量數(shù)量與測量精度上都大大提升，在目標(biāo)測量上采用時(shí)間分配技術(shù)實(shí)現(xiàn)對多目標(biāo)的測量，但是在對目標(biāo)跟蹤與測量的數(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，確保對于測量目標(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)動慣量、最大轉(zhuǎn)動角速度的制約，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較大的范圍值，能夠完成對于角速度極大的運(yùn)動目標(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量雷達(dá)的電軸跟蹤模式，并根據(jù)測量回波計(jì)算出的數(shù)據(jù)引導(dǎo)相控陣跟蹤測量雷達(dá)天線的機(jī)械軸快速跟隨，確保相控陣跟蹤測量雷達(dá)的陣面指向目標(biāo)區(qū)域。

（3）在相控陣跟蹤測量雷達(dá)中采用的是時(shí)間分配技術(shù)完成對于目標(biāo)的搜索與跟蹤，在保持最大目標(biāo)數(shù)不變的情況下，每個跟蹤目標(biāo)的跟蹤數(shù)量率保持不變，搜索速率會隨著已跟蹤目標(biāo)數(shù)的增多而相應(yīng)地減少，尤其是對于遠(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量雷達(dá)的對于多目標(biāo)的搜索效率，需要采用多波束技術(shù)。

結(jié)語

相控陣跟蹤測量雷達(dá)采用的電掃描方式掃描速度快、準(zhǔn)確度高，相對于傳統(tǒng)的機(jī)械掃描測量雷達(dá)具有不小的優(yōu)勢，尤其是使用相控陣跟蹤測量雷達(dá)在多目標(biāo)的跟蹤上能夠獲得較大優(yōu)勢，各國都投入了大量的資金對其進(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量雷達(dá)工作方式的基礎(chǔ)上對相控陣跟蹤測量雷達(dá)的特點(diǎn)進(jìn)行了分析闡述，對相控陣跟蹤測量雷達(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.

［2］劉兆磊，王蔭槐.機(jī)載相控陣火控雷達(dá)時(shí)間資源調(diào)控技術(shù)［J］.現(xiàn)代雷達(dá)，2001（S1）：28-30.

中圖分類號：TN927

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A