基于径向搜索的目力观察随动追踪∗

2018-07-10赵云芳赵成斌

舰船电子工程 2018年6期

梁洁赵云芳赵成斌陈姮

（91206部队教研部青岛 216000）

1 引言

对空警戒雷达是国土防空的主要警戒设备，在国土防空，警戒引导方面发挥了很好的作用，特别是对远方高空目标非常有效，但对于雷达顶空目标，由于雷达顶空盲区的限制，通常采用人工操作目力观察设备来作为对空雷达情报的重要补充，但由于传统观察设备靠值班人员手工操作，存在反应速度慢、测量精度低和无法获取空中目标距离、高度信息的致命缺陷［1～4］。在传统目力观察设备基础上进行改造，通过两台观察设备的异地组网，可以实现空中目标的自动跟踪和距离高度的测定，弥补人工操作的不足［5～7］。

2 异地组网测高测距原理

通常，在搜索捕获空中目标时，一台目力观察设备能够准确获知的参数包括目标的仰角和方位角两项［8～9］。显然，单凭这两个参数无法获得目标的距离和高度参数。而通过两台观察设备的异地组网，可以实现这项功能。如图1（a）所示，由距离为l的A站和B站两台观察设备异地组网，共同捕获了空中目标M1。图1（b）为（a）的几何示意图。不妨设观察设备A所在位置（点A）为坐标原点，连接AB为x轴，y轴垂直于x轴，xy构成水平平面，z轴为高度轴垂直于水平面xy。通过坐标平移的方法，将A、B两站测量获得的方位角仰角信息转换到新建的直角坐标系中。

如图 1（b）所示，M1H1⊥xy，∠M1AB=β1，∠H1AB=α1，∠M1BA=β2，∠H1BA=α2，AB=l，M1A为目标到设备A的距离，M1H1为目标的高度；α1、α2、β1、β2、l均为已知量。则可推得

由此，即可获得目标的距离方位参数。

3 基于径向搜索的随动追踪

在方位、仰角伺服系统正确有效工作的前提下，为达到快速准确测定目标方位、距离等参数的目的，必须确保两台观察设备同步协调工作［10］。在观察设备工作区域范围内，以首先捕捉到目标的观察设备为主设备，另一台设备采用径向搜索的方法随动追踪，达到快速准确定位的目标。

3.1 两台观察设备的搜索角度位置关系

不妨假设首先捕捉到布标的观察设备为A，则观察设备B为随动搜索设备。观察设备A在一段时间内能够连续追踪目标M1，在追踪过程中的某时刻，按照上文图1（b）的方法建立直角坐标系，M1H1⊥xy，∠M1AB=β1，∠H1AB=α1，AB=l，α1、α2、l为已知量（α1，α2可通过由角度伺服系统测得的仰角，方位角坐标平移求得）。AM1为观察设备A该时刻的的径向方向，同时也是该时刻观察设备B的搜索方向（设备B镜轴转动的切向方向与设备A径向方向重合）。

可知，设备A与随动设备B的径向共面。如图2所示，设Mb为设备A与随动设备B径向交点，MbHb⊥xy，∠M1BA=β2，∠H1BA=α2。

经推导sinα2，其中 α1、α2、β1、β2在确定的某一时刻均可由角度伺服系统测得。

3.2 随动搜索设备的搜索方案

设∆t为随动设备进行一次角度调整的时间，∆t为一个很小的单位时间，在一个∆t内，调整角度的方向不变。在设备A捕捉到目标后，随动设备B从初始位置（方位角仰角均为0）开始，每隔∆t调整一次角度方向，直到目标进入设备的视镜捕捉范围。

不妨设 ∆α2(t)为从t时刻开始，α2在 ∆t内调整的角度，∆β2(t)为从t时刻开始，β2在单位时间∆t内调整的角度，α1(t)，α2(t)，β1(t) ，β2(t)为各角度在t时刻的值。∆α2(t)，∆β2(t)即为伺服系统对随动设备在各个时刻点进行的角度调整。

则有在t+∆t时刻

可以推得

式（3）中，α1(t)，α2(t)，β1(t) ，β2(t)，α1(t+∆t)，β1(t+∆t)均可由角度伺服系统获得，因此，只需要确定∆α2(t)的值，即可确定∆β2(t)，确定各个时刻的追踪方向，直至捕捉到目标。

若以确定的角速度调整角α2，则∆α2(t)为确定值∆α2，∆β2(t)可由公式推得。

4 仿真

为验证算法的有效性，采用Matlab进行仿真。

假设在初始时刻t0观察设备A（坐标位置为（0，0，0））发现目标，观察设备B（坐标位置为（1，0，0））随即进入基于径向搜索的随动追踪状态。如图3所示，x、y、z轴归一化处理后构成直角坐标系，“*”代表各个时刻目标点所在位置，实线代表该时刻观察设备A的径向方向，虚线代表该时刻观察设备B的径向方向，“△”为两台设备径向方向的交点，当“△”与“*”重合或靠近时，随动观察设备B追踪捕捉目标成功。

图3 中，设置∆α2值为每间隔一个单位时间0.4s调整3°，由图可见，经过9.6s，随动设备B完成了追踪捕捉。