雷达装备改造总体设计

刘大成+张正成+王法栋

摘 要 针对现有某型雷达存在的技术问题，提出升级改造设计构想。主要升级改造雷达发射系统、终端显控系统和天线伺服系统，提高发射系统的可靠性，增加视频信号采集、存储、回放功能，实现发射天线的自动升降能力。方案的设计，为装备升级改造提供科学依据。

关键词 升级改造；发射机；终端显控；天线伺服

中图分类号：TN761 文献标识码：B 文章编号：1671-7597（2014）04-0014-02

现代信息化条件下的战争，由于高新技术在武器装备中的广泛应用，对雷达的性能要求越来越高，更高的可靠性、更优的可操作性、更便捷的可维性、更快速的架设展开，这些都是雷达在战场中能够生存的必要条件。本文针对以上介绍雷达的性能特点要求，设计对现有某型雷达进行升级改造，提高现有雷达的性能，使其满足现代战争的需要。

1 总体设计构想

本次升级改造主要针对雷达发射机老化严重，行波管使用已达寿命；终端显控系统功能不完善，不具备存储雷达视频信息等功能；天线系统需手动升降，不具备快速展开等问题开展。改造主要包括三部分：发射机升级改造、终端显控系统升级改造和天线伺服系统的升级改造。其中，改造原有行波管发射机为固态发射机，增加发射系统的可靠性；升级终端显控系统，使其具备视频信号采集、存储、回放等功能；改造天线伺服系统，使天线由手动升降升级为自动升降。

装备升级改造设计遵循针对性、先进适用性、可能性和经济性的原则。针对性从装备现有实际状态出发，按照设计工艺要求，针对装备的薄弱环节，采取不同的新技术，决定升级改造的内容和重点。先进适用性尽可能采用国内外的新技术、新材料、新工艺改造装备，同时既要力求先进，又要讲究适用，不能盲目追求高指标。可能性是在制定装备改造方案时，对所采取的新技术要有充分的把握，必须经过实践证明是可行的，才能应用到装备改造项目中。经济性是要综合考虑投入的人力、物力、财力和创造的效益，力求以较小的投入获得较大的产出。

2 各模块改造设计

2.1 发射机的改造

因为固态发射机具有工作寿命长、工作方式灵活、低电压工作和故障软化等优点，改造雷达原有行波管发射机为固态发射机。主要设计发射机的电源模块、前级放大模块和后级放大模块，组成框图如图1所示。

图1 发射机组成框图

2路前级功放组件将激励模块送来的10 mW射频信号放大到500 W，经过1分6分配器分配6个支路，分别送入12个后级放大功放组件，放大后的功率值约为2000 W，经过两个6合1合成器进行信号合成，得到发射机输出功率大于20 kW。

2.2 终端系统的改造

原有终端显控系统难以满足日常工作需要，升级改造终端显控系统。增加视频矩阵，采集雷达视频画面，硬盘存储容量为1TB，连续存储时间可达8小时；优化人机接口计算机板，使系统具备更优的可操作性；升级图形处理板，增强图像信息处理能力，组成框图如图2所示。

图2 雷达视频采集模块示意图

通过输入输出系统对雷达终端进行设置，雷达视频信号1分2处理，一路送到雷达显示系统上进行显示，另一路送到视频采集卡，存储在视频矩阵中，为雷达视频回放提供支持。

2.3 天线伺服系统的改造

原有天线系统为手动升降，需要投入大量的人力进行操作，并且操作时间较长，不满足现代战争中快速展开的要求，因此升级改造天线伺服系统。增加伺服驱动电机、伺服驱动器、运动控制器、蜗轮蜗杆减速器、手动离合器等硬件设施，实现天线系统的自动升降，同时增加限位开关及线路，设置升降保护系统，防止天线升降过程中飞车及超过升降范围，其控制系统硬件组成如图3所示。

图3 控制系统硬件组成

计算伺服系统的方位轴载荷：

伺服天线系统总重量约为275 kg，绕方位轴的转动惯量J约为18.6 kgm?，根据需要方位轴的最大角加速度ε约为，则电机所需克服的惯性力矩为：

M1=Jε=33.43 Nm

转盘轴承的摩擦系数μ取值0.01，转盘轴承的所承受轴向载荷为2710 N，电机所需克服的摩擦力矩为：

M2=μFd/2=4.79 Nm

其中，d为转轴轴承内径，设计为360 mm。

由于方位轴与载荷重力方向平行，故重力不会对其产生偏心载荷。

综合以上计算得到方位轴所需克服的总载荷为：

M=M1+M2=33.43+4.79=38.22 Nm

考虑控制精度、运动速度等性能指标要求，根据载荷大小、负载惯量与电机惯量匹配原则来选择电机、减速器的型号如表1所示。

表1 方位轴减速器参数

名称 输出力矩 传动比 工作效率 型号 备注

方位轴减速器 113.6 30 60% NMRV063 万鑫

3 电路设计关键环节

对雷达进行改造时，将制作电路板，其中要满足LVDS和LVPEL两种差分电平信号的完整性和较强的抗干扰能力，除了要使负载和信号线的阻抗相匹配之外，在设计中还要尽量避免阻抗不匹配的环节出现，因此在设计中还要注意以下几点。

1）差分线离开器件引脚后，要尽量相互靠近，以确保耦合到信号线的噪声为共模噪声。

2）信号线的长度应该匹配，不然会引起信号扭曲和电磁干扰。

3）不可以仅仅依靠软件的自动布线功能，要根据实际情况仔细修改差分线的阻抗匹配和隔离。

4）尽量减少过孔的使用，避免其他一些引起阻抗不连续的因素。

5）信号线在不同的信号层时，要注意调整差分线的宽度和间距，避免因介质改变引起的阻抗不连续。

4 结束语

本次某型雷达改造总体构想，以现代战争对雷达性能的需求入手，分析雷达性能指标的不足，有针对性的进行升级改造设计，主要改造了雷达的发射系统，提高了雷达发射系统的稳定性；改造了雷达的终端系统，增加了视频采集存储设备，能够实时采集雷达视频信号，为雷达视频事后回放提供支持；改造了雷达伺服系统，将手动升降系统改造为自动升降系统，减少了雷达架设时间，提高了雷达展开效率。通过本次改造提高了雷达的可靠性、可维性和快速展开等性能，使雷达满足现代战争的使用需要。

参考文献

[1]贺瑞龙，谢成学.现代高技术战争与现代雷达[J].现代电子，2000（2）.

[2]陈敏捷，陈祖源，刘一鸣.705雷达的智能化改造[J].现代雷达，2001（5）.

[3]丁鹭飞，陈建春.雷达原理[M].电子工业出版社，2009.

作者简介

刘大成（1982-），男，河北迁安人，工程师，从事雷达方面的研究工作。endprint