舰载雷达探测精度标定方法研究

2022-08-17刘千里

船电技术 2022年8期

刘千里，吴晖

舰载雷达探测精度标定方法研究

刘千里，吴晖

（海军装备部驻武汉地区第五军代表室，武汉 430205）

本文通过深入研究有源静态标定、无源动态标定与二次雷达标定等舰载雷达标定方法，基于实际工程作业中标定设备真值精度需求，进一步明确舰载雷达标定技术方案设计原则，初步完成舰艇雷达标定系统方案设计，在满足雷达精度的前提下，极大的缩短舰载雷达的标定试验周期，提高工作效率，减少探测误差，保障舰艇雷达的性能指标，对舰载雷达的建造调试具有一定指导意义。

舰载雷达探测精度标定方法

0 引言

在舰艇的建造工程中，通常会通过静态标定[1]、动态标定[2]与雷达标定等方法[3]，通过选择合适的标定方法保证舰载雷达的探测精度，保证舰载雷达建造质量，使雷达的性能指标在出厂前调试至最优效果，确保舰艇拥有优越的作战效能。在不同的条件下选择合适的雷达标定方法进行标定，对提高军舰雷达精度，提升军舰的整体作战性能有着重要的意义。

1 舰载雷达标定方法

1.1 有源静态标定方法

有源静态标定方法是基于在一定高度空旷的地带架设雷达信标机，在防止附近反射的杂波影响下，保证雷达天线与信标机之间无遮挡。基于延时对雷达辐射的信号模拟远距离目标回波，弱化了地杂波干扰，加强了雷达在复杂地杂波背景下对目标的检测分辨能力，对目标放置位置与架设场地限制较小。

具体标定方法如下：利用有源信标机架设在距离军舰3～5 km的空旷地带，接收雷达信号并转发，在雷达显示器上形成平均稳定的回波点，真值为有源信标系统测算出相对于雷达天线的方位距离信息。该系统可以调整有源信标的接收灵敏度，也可通过调节时间延迟改变目标，将其设置在雷达显示画面杂波少的位置，使雷达回波点稳定清晰，在舰载雷达标定方法中应用广泛。

有源静态标定方法的优点是精度普遍较高，且操作简便，方案成熟，价格低廉；而缺点同样鲜明，一般在舰艇系泊试验阶段标定，城市中建筑物太多回波杂乱，找到一片无遮挡且空旷的地带有一定难度。

1.2 无源动态标定方法

传统的动态标定方法一般配试气球做标定源，航路设计自主性差，目标控制弱，无法随时调整目标航路。现在采取的无源动态标定方法配试旋翼无人机做标定源，通过定位雷达记录测量数据，利用卫星定位系统实时计算真值，经过数据处理后获取仰角误差值。

无源动态标定方法具体所对应的标定流程如下图1所示。其基本标定过程为：无人机按提前规划好的航路自主飞行，利用卫星定位设备（自带存储功能）对无人机与雷达位置的大地坐标进行实时记录，同时利用在舰载雷达录取端接入时统设备保证记录数据的时间保持同步，雷达跟踪无人机航迹，用雷达位置信息测算出无人机相对雷达天线的方位距离作为标定真值，通过解算误差得到仰角误差。完成误差修正后再次重复上述标定过程，从而验证标定结果，直至系统误差达到可接受范围为止。

无源动态标定方法航路可控，不受空中交通管制影响，不需协调兵力及海空域，灵活度高，重复性好，成本低廉，实施性较强。但是缺点也很明显，无人机体积小反射面积小，飞行距离短，且探测精度较低。

图1 无源动态标定方法标定流程图

1.3 二次雷达标定方法

二次雷达标定方法配试标定应答机做标定源，普遍包含会随时间变化的密码系统，由于二次雷达水平波束的宽度普遍大于一次雷达，同时需要特殊考虑方位角标定，因此二次雷达标定一直被认为是舰载雷达探测精度标定的难点。

本文提及的二次雷达标定方法主要利用舰载雷达敌我识别器的单脉冲询问天线[4]方向存在的对称性[5]。同时接收和差波束的应答信号，基于幅度差别控制波束宽度，测得起始角度和结尾角度，再按下式（1）估算波束中心测量值：

得到估算值后，比对波束中心测量值和标定设备实际位置真值，即可获得方位角系统误差。最后比对真值与舰载雷达敌我识别器本身测得的距离测量值，即可获得距离误差。

2 舰载雷达标定技术方案设计

2.1 标定设备真值精度需求

目前实际工程作业中真值设备精度指标通常会低于雷达的测量精度指标的1/3。而在雷达精度试验中，真值精度必须高于被标校雷达测量精度的3倍以上。目前舰载雷达的种类繁多，且测量精度不同，舰载雷达典型测量精度统计如下表1所示，由表可见：1）跟踪雷达的方向精度、距离精度、仰角精度与定位精度均最高，而对空警戒雷达的测量精度均最低；2）频扫三坐标雷达、相控阵雷达和跟踪雷达均需要标定仰角精度。

目前可选用电子经纬仪、ATLAS雷达、激光测距仪和GPS全球定位系统作为真值测量设备[6]。其中，除GPS全球定位系统外主要应用在雷达靶场，虽测量精度高，但设备庞大、操作复杂，且价格较高；而GPS系统虽体积小，操作简单，不受环境影响，但测量精度有限[7]。基于载波相位差分的相关技术，GPS设备的定位精度可在cm级的范围内，故其成为真值测量首选设备。

表1 舰载雷达典型测量精度统计

2.2 标定技术方案设计原则

舰载雷达的标定是一项复杂系统调试过程[8]，影响其标定精度及效果的因素很多，需统筹安排，合理规避各方面造成的系统误差[9]。经过对标定方法的分析，现进行舰载雷达标定技术方案设计。为更好保证舰载雷达的标定精度及效率，在方案设计时，需基于以下三项原则：

1）受试设备因素：舰载雷达通常具有多工作模式，每种模式的脉宽、脉冲数、频点皆有所不同，在不同工作模式之间存在系统误差，因此在舰载雷达的标定应安排在雷达功能调试结束后进行，需先将雷达不同工作模式间系统误差消除[10]，已确保雷达标定的有效；

2）配试仪器因素：舰载雷达动态标定时，对标定配试装备应有严格要求，除精度要求外，最好选择高采样率的GPS或北斗设备且需保持信息采集时间必须同步；

3）环境因素：舰载雷达标定时，尽量在码头或者海况较好的区域进行雷达标定防止纵横摇对标定时产生影响带来误差。

3 舰艇雷达标定系统方案设计

3.1 各类舰载雷达标定方案

常见的舰载雷达包括以下五种，分别是对空警戒雷达、二坐标雷达、跟踪雷达、三坐标雷达与相控阵雷达。而标定方法大致可分为标校塔、有源标、气球、旋翼直升机与ADS-B五种。各类舰载雷达的标定方案如下表2所示。

表2 各类舰载雷达标定方案

3.2 标定系统方案

舰载雷达标定系统初步设计以下四个分系统：1）有源标定系统：移动式标定源，可用于标定舰载一次雷达的方位角与距离；2）二次雷达标定系统：采取集成式的设计，对舰载雷达敌我识别器进行状态检查与精度标定；3）仰角标定系统：采取可自主控制的无人机替代传统军用飞机或气球，用于标定所有高度与仰角；4）真值定位系统，基于卫星定位采取实时差分系统，为上述三个分系统提供真值数据。最后，通过比对真值与测量值即可获取测量系统误差。

4 结语

舰载雷达标定是一项复杂的系统工程，需要从组织“系统”的角度运用系统工程技术的统筹优化理论统筹策划。针对目前现役舰载雷达探测精度标定手段不统一、方法不科学问题，重点阐述了有源静态标定方法、无源动态标定方法与二次雷达标定方法，根据不同雷达精度要求，充分考虑标定的地理位置、环境、资源、经费及配试仪器仪表等，综合选用合适的方法进行标定。

本文初步设计舰载雷达标定技术方案与系统方案，在工程应用中有着很好的指导借鉴作用，在满足雷达精度的前提下，选择合适高效的标定方法，不仅可提高舰载雷达零位标定的效率，减少各因素造成的误差，更可保障舰艇雷达的性能指标，为舰艇建造节省成本及周期。

[1] GJB 403A-98. 舰载雷达通用规范, 1998-3.

[2] 姚景顺, 饶化钩, 邵晓方. 雷达声纳观察组织. 北京: 国防工业出版社, 2012.

[3] 朱起悦. 应用差分GPS技术进行雷达标校. 电讯技术, 2006, 46(1): 108-110.

[4] 陆维维. GPS动态载波相位测量技术研究及应用. 南京刺海大学, 2006.

[5] 陈相麟, 蒋谱成, 蒋寿庭等. 雷达试验. 北京: 国防工业出版社, 2004.

[6] 魏武财. 北斗导航系统与GPS的比较. 航海技术, 2003,(6): 15-16.

[7] 徐绍链, 张华海, 杨志强等. GPS测量原理及应用. 武汉: 武汉大学出版, 2001.

[8] 刘辉. 某型精测雷达原位校准技术研究. 西安: 西安电子科技大学, 2011.

[9] 谢君虹, 靖军红, 朱爱红等. 新型舰船雷达标校系统的同步研究. 火力与指挥控制, 2010(9): 181-183.

[10] 林昌华. 时间同步与校频. 北京: 国防工业出版社, 1990.

The Research on Methords of Ship-board Radar Detection Accuracy Calibtration