相控阵跟踪测量雷达测量跟踪特点及应用

姚学斌（91913部队，辽宁　大连　116041）



相控阵跟踪测量雷达测量跟踪特点及应用

姚学斌
（91913部队，辽宁大连116041）

摘要：雷达的是远距离侦测的眼睛。随着科技的不断发展，各种电子技术不断发展，推动了雷达技术的不断进步，从而使得雷达无论是在测量距离还是测量准确度方面都有着极大的进步。相控阵雷达是一种先进的雷达技术，其测量距离远、准确度高，尤其是在多目标的测量跟踪上具有极强的优势，是部队应用较多也是投入研究力度极大的一种雷达技术。本文在分析了相控阵跟踪测量雷达工作方式与工作特点的基础上对相控阵跟踪测量雷达在工作中所存在的角度、距离捕获与跟踪及丢失处理等方面的信息进行分析阐述，并对相控阵跟踪测量雷达在设计及使用中所存在的一些要点进行了介绍。

关键词：相控阵跟踪测量雷达；跟踪方式；测量方式

0. 前言

相控阵跟踪测量雷达是一种在军事领域应用较多的雷达设备，通过使用相控阵跟踪测量雷达能够对飞行物的速度、位置等的信息进行精确的测量，为后续的处理提供详实的数据支撑。在使用相控阵跟踪测量雷达对飞行器进行测量的过程中，经常会出现从一个目标上分离出多个目标，需要对出现的目标同时进行跟踪捕获与测量。现代相控阵跟踪测量雷达在跟踪捕获多个目标方面具有出色的特性，同时还能根据测量到的数据无站址进行误差转换，从而使得数据测量的准确性大大提高，能够较高精度的完成对于飞行器飞行数据的测量。

1. 相控阵跟踪测量雷达的主要组成

相控阵跟踪测量雷达是一由一套复杂的系统组成，其通过使用相控阵天线完成电磁波的发射，并结合单脉冲角跟踪技术完成对于信号的接收和处理。其中相控阵跟踪测量雷达所使用的相控阵天线阵面通过伺服系统进行俯仰和位置定位，完成对于相控阵跟踪测量雷达阵面指向空域的转换。相较于传统的雷达电磁波束的扫描，相控阵跟踪测量雷达采用的是电子式的扫描方式，通过电子控制波束的方向，能够快速的完成对于指向空域的扫描，能够自主、快速的发现目标，同时对于引导数据的精度要求大大降低，同时通过在相控阵跟踪测量雷达上采用相应的时间分配技术可以使得相控阵跟踪测量雷达对于扫描空域内实现多目标跟踪测量。

2. 相控阵跟踪测量雷达的主要工作方式

相控阵跟踪测量雷达能够通过伺服系统控制机械轴来进行方位和俯仰方向的运动实现对于雷达阵面范围内的多个目标的跟踪，机械轴的移动采用的是闭环伺服控制系统，能够准确实现目标的跟踪。

2.1相控阵跟踪测量雷达的角度工作方式

在相控阵跟踪测量雷达的角度工作过程中，其基本工作方式为手控、引导、搜索、跟踪等几个步骤。在手控时，相控阵跟踪测量雷达的操作人员通过使用伺服操纵杆来手动控制相控阵跟踪测量雷达阵面法线的指向，将相控阵跟踪测量雷达的扫描范围对准所需扫描的目标空域。利用角度引导数据，相控阵跟踪测量雷达的伺服系统来驱动相控阵跟踪测量雷达阵面的法线来跟随引导数据进行移动，实现对于空域的扫描。而后，相控阵跟踪测量雷达的电子扫描波束按照顺序实现对于目标空域的扫描，其中，扫描多采用的是光栅扫描的方式完成对于指定空域的覆盖。最后，相控阵跟踪测量雷达通过对接收到的目标的方位、速度的数据进行处理，完成对于相控阵跟踪测量雷达移动的方位、俯仰角度误差的计算，通过相控阵跟踪测量雷达的移动伺服控制系统完成对于目标的跟踪。

相控阵跟踪测量雷达在目标跟踪上的方位和角度的控制上主要有电轴跟踪和机械轴跟踪两种方式，从而使得对于目标的跟踪更为可靠、准确。电轴跟踪利用的是跟踪目标的回波的方位、俯仰角度误差的数据，利用相控阵跟踪测量雷达阵面波束电轴实现对于目标的闭环跟踪，这是实现对于多个目标进行跟踪的主要方式。而机械跟踪则主要是利用相控阵跟踪测量雷达对于跟踪目标的测量，完成对于相控阵跟踪测量雷达的方位和俯仰角度误差的计算，通过利用相控阵跟踪测量雷达中的机械轴的伺服控制完成对于目标的机械轴的闭环跟踪，采用此种方式仅能完成对于单个目标的跟踪，同时在跟踪精度上相较于电轴跟踪有较大的差距。对于单个的目标可以选择以上两种跟踪方式中的任意一种，使用相控阵跟踪测量雷达捕获到目标的回波后，相控阵跟踪测量雷达首先进入到电轴跟踪模式，其后，操作人员可以视情况选择将其切换成机械轴跟踪模式，并根据切换后相控阵跟踪测量雷达的跟踪波束与相控阵跟踪测量雷达阵面法线之间的相对关系来选择机械轴的跟踪方式，在方式的选择上可以选择法线跟踪、偏法线跟踪等的方式，法线跟踪依靠的是波束固定在阵面法线方向，电子波束偏角为零，采用此种状态角能够最为精确地完成对于测量目标的跟踪，而偏法线跟踪则依靠的是波束固定在偏离阵面法线的方向。在相控阵跟踪测量雷达跟踪的过程中，由于跟踪目标在持续地移动，为了确保目标电轴跟踪在相控阵跟踪测量雷达的最大电扫描范围内，需要转动相控阵跟踪测量雷达天线的机械轴来控制雷达阵面的指向，可以采用手控天线、数据引导与伺服控制系统根据误差数据进行移动等的方式完成对于测量目标的跟踪。

2.2相控阵跟踪测量雷达的距离工作模式

相控阵跟踪测量雷达在对空搜索状态，信号处理分系统对雷达回波信号进行检测，其中检测的范围为以波门为中心的一定的范围内，波门中心位置可以采用人工设置与引导数据制定等的方式，相控阵跟踪测量雷达会持续搜索直至通过门限，待到通过门限后进入验证与转跟踪过程。

2.3相控阵跟踪测量雷达跟踪目标的捕获与跟踪

在相控阵跟踪测量雷达的目标捕获中需要确保目标在波束范围内，相控阵跟踪测量雷达所采用的电扫描方式在目标跟踪、捕获时会受到天气、搜索空域大小以及搜索速率等多方面因素的影响。其中，对于中高空飞行的目标，在杂波较少的情况下可以采用二进制检测。在检测到目标后，需要对检测到的目标进行验证，同时对已跟踪的目标进行航迹相关，避免重复进行目标的捕获，经过若干的驻留后，在雷达数据处理中心中建立目标跟踪航迹。计算机根据所测量到的目标的信息形成测量目标的测量值，对测量值进行平滑滤波，外推下一跟踪驻留时刻目标位置的预测值，待到在该驻留时刻检测到目标信号后对新检测到的角度误差、距离误差等的数据进行测量，并重复上述过程，从而完成对于目标的跟踪。

2.4做好对于相控阵跟踪测量雷达目标跟踪丢失的处理

在使用相控阵跟踪测量雷达对飞行目标进行跟踪的过程中，由于回波强度起伏以及杂波等的影响，会导致目标的丢失，当出现这一情况时，不宜立即停止跟踪，而是需要根据最后测量到的目标的航迹来推测计算波束指向、波门位置等，等待再次出现目标回波信号，如连续多个驻留对未能检测到目标回波信号，则认为跟踪目标的丢失。此时，需要启动相控阵跟踪测量雷达的搜索功能对目标空域进行一定范围内的电扫描搜索，如仍未能发现目标则认为目标跟踪彻底丢失。

3. 相控阵跟踪测量雷达测量的特点

采用相控阵跟踪测量雷达进行目标的测量跟踪，具有以下特点：

（1）在飞行目标的测量数量与测量精度上都大大提升，在目标测量上采用时间分配技术实现对多目标的测量，但是在对目标跟踪与测量的数量上需要限制最大目标数，以提高实际跟踪重复率，确保对于测量目标的跟踪。

（2）在目标的跟踪上所使用的电轴跟踪方式避免了天线转动惯量、最大转动角速度的制约，采用电轴跟踪能够确保波束角速度和角加速度都能够在一个较大的范围值，能够完成对于角速度极大的运动目标的跟踪。当出现飞行目标出现大角速度时，需要使用相控阵跟踪测量雷达的电轴跟踪模式，并根据测量回波计算出的数据引导相控阵跟踪测量雷达天线的机械轴快速跟随，确保相控阵跟踪测量雷达的阵面指向目标区域。

（3）在相控阵跟踪测量雷达中采用的是时间分配技术完成对于目标的搜索与跟踪，在保持最大目标数不变的情况下，每个跟踪目标的跟踪数量率保持不变，搜索速率会随着已跟踪目标数的增多而相应地减少，尤其是对于远程空间目标的监视与跟踪，其重复频率一般仅有几十Hz，为提高相控阵跟踪测量雷达的对于多目标的搜索效率，需要采用多波束技术。

结语

相控阵跟踪测量雷达采用的电扫描方式扫描速度快、准确度高，相对于传统的机械扫描测量雷达具有不小的优势，尤其是使用相控阵跟踪测量雷达在多目标的跟踪上能够获得较大优势，各国都投入了大量的资金对其进行研究并取得了相应的成果。本文在分析相控阵跟踪测量雷达工作方式的基础上对相控阵跟踪测量雷达的特点进行了分析阐述，对相控阵跟踪测量雷达在角度、距离的工作方式以及目标跟踪以及目标丢失后的处理进行了介绍。

参考文献

［1］赵绍颖，华丛.相控阵跟踪测量雷达工作方式设计与特点［J］.现代雷达，2006，28（7）：1-3.

［2］刘兆磊，王荫槐.机载相控阵火控雷达时间资源调控技术［J］.现代雷达，2001（S1）：28-30.

中图分类号：TN927

文献标识码：A