孫國(guó)強(qiáng)

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230031)

隨著科技的發(fā)展，雷達(dá)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中獲取實(shí)時(shí)情報(bào)信息的有效手段，已成為各國(guó)掌握戰(zhàn)場(chǎng)主動(dòng)權(quán)的重要手段。而雷達(dá)一般架設(shè)在島礁、高山、荒漠等環(huán)境惡劣的區(qū)域，惡劣的自然環(huán)境導(dǎo)致雷達(dá)架設(shè)、使用、保障都存在相當(dāng)大的困難。無(wú)人值守雷達(dá)可以在沒有人員現(xiàn)場(chǎng)值守的情況下，完成對(duì)規(guī)定目標(biāo)的探測(cè)任務(wù)，降低裝備及人員的保障難度，許多國(guó)家都在研究和部署無(wú)人值守雷達(dá)，我國(guó)也進(jìn)行了無(wú)人值守雷達(dá)研究，并針對(duì)島礁、高原環(huán)境進(jìn)行了必要的設(shè)計(jì)研究[1-3]，但在可靠性等方面還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

1 無(wú)人值守雷達(dá)設(shè)計(jì)要求

1.1 功能完善

對(duì)于無(wú)人值守雷達(dá)而言，不但雷達(dá)本身具有優(yōu)良的探測(cè)性能、抗干擾性能，而且能夠在雷達(dá)設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重故障或人為破壞等危險(xiǎn)狀況時(shí)，遠(yuǎn)端能夠及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)狀況，提醒使用人員采取措施減少損失，這就要求在雷達(dá)自身性能的基礎(chǔ)上，具有可靠的通信、完備的遙控遙測(cè)等功能。

1.2 可靠性高

無(wú)人值守導(dǎo)致了雷達(dá)發(fā)生故障時(shí)，無(wú)人在現(xiàn)場(chǎng)排除故障，可能會(huì)影響雷達(dá)性能的發(fā)揮，影響其戰(zhàn)備值班，因此必須通過簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、冗余設(shè)計(jì)及采用高可靠元器件等措施，提高無(wú)人值守雷達(dá)系統(tǒng)的可靠性，滿足用戶對(duì)雷達(dá)的可靠性指標(biāo)要求，提高雷達(dá)的可用度。

1.3 架設(shè)難度低

雷達(dá)本身設(shè)備量大、集成度高，一般利用雷達(dá)自帶設(shè)備或大型機(jī)械進(jìn)行陣地架設(shè)，但在高山、高原、海島、荒漠等環(huán)境惡劣地區(qū)，雷達(dá)本身運(yùn)輸已經(jīng)十分困難，大型機(jī)械運(yùn)輸轉(zhuǎn)移協(xié)助雷達(dá)架設(shè)難度更大，而且無(wú)人值守功能要求雷達(dá)具有盡可能高的可靠性，進(jìn)一步增大了雷達(dá)設(shè)備量，為了保證雷達(dá)的現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)，要求盡可能減小雷達(dá)運(yùn)輸架設(shè)單元模塊重量，降低架設(shè)難度。

2 無(wú)人值守雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無(wú)人值守雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須從系統(tǒng)頂層出發(fā)，采取故障檢測(cè)智能化、故障排除自動(dòng)化、遠(yuǎn)程可靠通信、環(huán)境安全等綜合措施，確保雷達(dá)在本地?zé)o人條件下的可靠使用。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無(wú)人值守雷達(dá)不但要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程雷達(dá)控制、雷達(dá)狀態(tài)監(jiān)視和目標(biāo)跟蹤，而且要實(shí)現(xiàn)雷達(dá)陣地環(huán)境的監(jiān)測(cè)報(bào)警和配電控制。

為了保障裝備的正常運(yùn)行，在雷達(dá)陣地除了布置雷達(dá)裝備外，必須實(shí)現(xiàn)陣地現(xiàn)場(chǎng)的氣象信息、視頻信息、溫度信息、濕度信息等輔助數(shù)據(jù)的收集，遠(yuǎn)程管控終端與雷達(dá)陣地之間通過光纖或微波通信進(jìn)行信息交換；輔助數(shù)據(jù)信息同雷達(dá)回波、點(diǎn)跡、航跡以及狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息一起通過通信系統(tǒng)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程管控終端，值班人員根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行操作，雷達(dá)、安全監(jiān)視設(shè)備及配電設(shè)備接收從遠(yuǎn)程管控終端發(fā)送的值班員指令并進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，最終完成雷達(dá)情報(bào)數(shù)據(jù)處理及上報(bào)。

2.2 故障檢測(cè)智能化設(shè)計(jì)

故障檢測(cè)智能化是利用雷達(dá)可更換單元中設(shè)計(jì)的檢測(cè)模塊，采集各個(gè)可更換單元的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并通過信號(hào)傳輸接口，將狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給故障檢測(cè)處理計(jì)算機(jī)，進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)的分布式在線檢測(cè)處理，從而判斷故障部位的雷達(dá)功能設(shè)計(jì)；如固態(tài)發(fā)射機(jī)不但會(huì)出現(xiàn)功率管性能下降或失效的情況，也可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)外部觸發(fā)信號(hào)或組件溫度過高等情況影響組件的正常工作，利用組件內(nèi)的故障檢測(cè)模塊可以監(jiān)測(cè)組件輸入輸出信號(hào)和組件溫度，及時(shí)提供發(fā)射組件的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)或判斷故障的發(fā)生，并對(duì)故障組件進(jìn)行定位[4-5]。故障數(shù)據(jù)處理形式可分為集中處理和分布處理。如圖1、圖2。

圖1 故障數(shù)據(jù)集中處理框圖

圖2 故障數(shù)據(jù)分布處理框圖

故障數(shù)據(jù)集中處理和故障數(shù)據(jù)分布處理各有優(yōu)缺點(diǎn)，集中式處理要將數(shù)據(jù)全部傳輸給故障檢測(cè)處理計(jì)算機(jī)，進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)的分布式在線檢測(cè)處理，傳輸數(shù)據(jù)量較大，但數(shù)據(jù)保留完整；分布式處理采用多個(gè)處理模塊進(jìn)行故障判斷，大大減小了傳輸數(shù)據(jù)量，但故障處理模塊增加了雷達(dá)設(shè)備量，結(jié)合雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)備量大、結(jié)構(gòu)空間小。在雷達(dá)的狀態(tài)采集處理上可以采用分布式傳感器采集狀態(tài)數(shù)據(jù)信息、分層集中式數(shù)據(jù)處理的方法[3]，兼?zhèn)浼刑幚砗头植继幚淼膬?yōu)點(diǎn)，如圖3。

圖3 分布采集、分層處理示意圖

分布式狀態(tài)數(shù)據(jù)信息采集、分層集中式數(shù)據(jù)處理的方法，既能較多地保留雷達(dá)狀態(tài)數(shù)據(jù)，又能減小數(shù)據(jù)傳輸量，減輕數(shù)據(jù)傳輸和計(jì)算處理壓力，而且各個(gè)故障處理模塊處理數(shù)據(jù)量小，可以使用體積小、成本低的處理模塊計(jì)算機(jī)完成故障檢測(cè)判斷功能，雷達(dá)結(jié)構(gòu)空間可以得到合理利用，緩解雷達(dá)空間有限的壓力。

2.3 故障排除自動(dòng)化設(shè)計(jì)

故障排除自動(dòng)化設(shè)計(jì)是在雷達(dá)系統(tǒng)某部件性能下降或發(fā)生故障時(shí)，利用雷達(dá)裝備的模塊化冗余設(shè)計(jì)，快速恢復(fù)雷達(dá)值班功能的設(shè)計(jì)[6]。

首先雷達(dá)設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行充分的模塊化冗余設(shè)計(jì)，冗余設(shè)計(jì)一般有并聯(lián)冗余、串并組合冗余、并串組合冗余等多種形式。如圖4、圖5所示。

圖4 串并冗余示意圖

圖5 并串冗余示意圖

并聯(lián)冗余是由兩個(gè)或多個(gè)功能、性能可以替代的工作模塊并聯(lián)組成，并聯(lián)的工作模塊只要有一個(gè)有效，系統(tǒng)就能保持正常工作，可以大幅度增加系統(tǒng)的任務(wù)可靠性，但并聯(lián)模塊的增多，導(dǎo)致雷達(dá)系統(tǒng)的成本、重量、體積也會(huì)隨之增加。串并組合冗余先將多個(gè)設(shè)備串聯(lián)，然后再進(jìn)行并聯(lián)，如果串聯(lián)的某個(gè)設(shè)備發(fā)生故障，則需要用另外一個(gè)串聯(lián)設(shè)備替換，設(shè)備量大；并串組合冗余先將功能、性能相同的模塊并聯(lián)，然后再進(jìn)行設(shè)備串聯(lián)，當(dāng)某個(gè)模塊發(fā)生故障，只需要用另外一個(gè)并聯(lián)模塊替換工作，不影響其他模塊，但設(shè)備連接關(guān)系復(fù)雜。在無(wú)人值守雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一般采用串并組合冗余、并串組合冗余兩者結(jié)合以增加系統(tǒng)的任務(wù)可靠性。

在充分冗余設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，為了實(shí)現(xiàn)雷達(dá)故障的快速恢復(fù)，雷達(dá)設(shè)計(jì)時(shí)還必須具備快速切換功能，即當(dāng)一個(gè)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，其冗余設(shè)備能夠通過快速切換代替故障設(shè)備工作。如某雷達(dá)冷卻設(shè)備采用海水冷卻和風(fēng)冷卻互為備份的冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)海水冷卻系統(tǒng)處于工作時(shí)，風(fēng)冷卻系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)海水冷卻系統(tǒng)故障停機(jī)時(shí)，馬上啟動(dòng)風(fēng)冷卻系統(tǒng)，以保證雷達(dá)的連續(xù)工作。

2.4 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)

無(wú)人值守雷達(dá)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸不僅要傳輸雷達(dá)回波、狀態(tài)等信息和遠(yuǎn)程值班人員的命令信息等，而且還要傳輸氣象、安全監(jiān)視等輔助數(shù)據(jù)，視頻回波和監(jiān)控視頻圖像，而且傳輸?shù)男盘?hào)路數(shù)多。把雷達(dá)端的多路數(shù)據(jù)進(jìn)行同步壓縮編碼，并將多路數(shù)據(jù)復(fù)接成一組復(fù)合編碼數(shù)據(jù)流通過光纖或微波進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，在遠(yuǎn)程管控端進(jìn)行分接成各路數(shù)據(jù)。同樣把遠(yuǎn)程管控端的多路數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)接成復(fù)合編碼數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸，在雷達(dá)端再分接成各路數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的可靠傳輸。光纜通信復(fù)分接實(shí)現(xiàn)原理如圖6。

2.5 環(huán)境安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

無(wú)人值守雷達(dá)陣地周圍環(huán)境安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、新型傳感技術(shù)等對(duì)雷達(dá)設(shè)備及所在環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控和管理，監(jiān)控對(duì)象主要是環(huán)境視頻、溫度、濕度、煙霧、門禁等。環(huán)境安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成如圖7所示。

圖6 光纜通信復(fù)分接實(shí)現(xiàn)原理圖

圖7 環(huán)境安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成示意圖

環(huán)境安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由采集子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、軟件子系統(tǒng)組成，采集子系統(tǒng)完成底層數(shù)據(jù)的采集，傳輸子系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚碇行幕虮O(jiān)控中心，軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等系統(tǒng)功能。系統(tǒng)各種告警信息與視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)，以便于值班人員及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況和采取適當(dāng)?shù)陌踩胧?/p>

2.6 結(jié)構(gòu)小型化設(shè)計(jì)

小型化設(shè)計(jì)即雷達(dá)采用積木式設(shè)計(jì)，在保證性能和便于安裝的前提下，將雷達(dá)設(shè)備拆解成重量較小的單元模塊進(jìn)行運(yùn)輸和吊裝，到達(dá)安裝現(xiàn)場(chǎng)后，利用小型吊裝設(shè)備進(jìn)行模塊化拼裝，降低架設(shè)難度。如某雷達(dá)發(fā)射單元未分解前單元重量約11 000 kg，在小型化分解后，最大單元重量約600 kg，利用簡(jiǎn)易吊裝設(shè)備即可完成設(shè)備吊裝，現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)難度大大降低。

3 結(jié)論

本文分析了無(wú)人值守雷達(dá)設(shè)計(jì)要求，在此基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、故障檢測(cè)智能化設(shè)計(jì)、故障排除自動(dòng)化設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)、環(huán)境安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，減輕了操作及保障人員壓力，提高了雷達(dá)環(huán)境適應(yīng)能力，保證雷達(dá)能夠在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠地工作。在某島礁雷達(dá)上采用無(wú)人值守設(shè)計(jì)后，在雷達(dá)前端無(wú)人值守的情況下，該雷達(dá)穩(wěn)定可靠工作了兩年時(shí)間，驗(yàn)證了無(wú)人值守設(shè)計(jì)效果，該研究對(duì)后續(xù)無(wú)人值守雷達(dá)設(shè)計(jì)具有十分重要的參考價(jià)值。

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