艦載相控陣搜索雷達電子穩定平臺的設計與實現

秦琨+張兢晶

摘要：電子穩定平臺可以為艦載相控陣搜索雷達提供消除船體搖擺的手段，本文首先闡述了其工作原理，然后介紹了實現搜索雷達天線電子穩定平臺時需注重的設計要點。

關鍵詞：艦載雷達；一維相掃雷達；穩定平臺

中圖分類號：TN958.92 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）11-0133-02

艦載搜索雷達主要功能是為全艦提供空情的警戒以及對目標的搜索、建航和跟蹤等，針對復雜電磁環境的現狀和提供高精度目標指示的需求，采用一維相控陣掃描的三坐標雷達已成為搜索雷達的發展趨勢。艦載雷達面臨的一大設計難題就是要克服艦的搖擺對雷達測量精度、探測空域帶來的影響。應用電子穩定技術，可以取消原有笨重的天線穩定平臺[1]，減輕天線重量，提高系統可靠性。

1 工作原理

艦載搜索雷達電子穩定平臺并不是一個專門的設備，而是依靠相控陣雷達資源調度器、伺服系統、數據處理器、信號處理器等分系統協同工作來實現雷達的穩定搜索。

伺服系統接收艦搖信息，根據艦搖信息和雷達天線方位值計算出不同仰角空域（大地坐標）對應的波束指向值（甲板坐標）及方位補償值；資源調度器根據甲板坐標俯仰值及波位安排形成天線波束，同時送往信號處理供其形成點跡坐標使用；信號處理按不同波位的方位補償值建立雜波圖并形成目標錄取點跡（甲板坐標）；數據處理將收到的點跡變為大地坐標后再進行航跡跟蹤處理。按照圖1所示的方法，雷達可均勻覆蓋每一個俯仰搜索波位，并對監視和搜索到的目標保持連續跟蹤。

2 設計要點

2.1 系統通信

采用電子穩定平臺，雷達伺服系統應實時采集艦參數，并將有關數據及時傳輸給相關的分系統，確保雷達正常工作。電子穩定平臺的信息流轉，可以利用雷達內部建立的數據傳輸鏈路實現。如圖2所示。

雷達天線方位波束駐留時間內，俯仰角從低到高掃描一次為一幀，通信周期即為一幀時間，電子穩定平臺的信息在一幀內應完成一次交互。以方位波束寬度2.5°，天線2s一轉為例，一幀時間大致為12.5ms（考慮一定的方位重疊系數）。

2.2 雷達資源調度系統

一維相掃雷達的資源調度是雷達的管理與定時中心，雷達探測的俯仰空域、雷達重復周期、工作頻率等都由資源調度系統確定。采用電子穩定平臺的雷達資源調度，在調度跟蹤波位時可以在艦體搖擺情況下適時、準確地插入跟蹤波位，實現對相控陣資源的最大利用。

2.3 伺服系統

由于資源調度有一定時間的提前量，與調度計算相關的艦參數都采用預測值，故預測的準確性非常重要。伺服對艦搖參數的預測步驟為：（1）采集測量值，（2）剔除野值，（3）Kalman濾波，（4）外推。外推計算時按需求情況進行變時間周期外推。圖3給出了伺服系統對艦搖參數的預測精度，圖中顯示，五級海情條件下，對縱搖參數預測精度優于0.1°，對橫搖預測精度優于0.15°。在這樣的精度條件下，不會影響雷達搜索空域的覆蓋（因為雷達俯仰角波位安排都有一定程度的交疊），也不會造成跟蹤波束指向錯誤（因為雷達天線波束寬度可完全覆蓋因艦搖參數引起的波束指向誤差）。

2.4 數據處理

采用電子穩定平臺后，雷達測量的原始點跡為甲板坐標，而數據處理進行航跡跟蹤時采用大地坐標，而大地坐標的方位與甲板坐標的方位有比較大的差值。這意味著在點跡凝聚完成后，將點跡甲板坐標變換到大地坐標時，點跡所處的扇區可能發生變化，既可能提前，也可能延后。而穩定航跡的航跡、點跡相關處理必須在其處理范圍內所有有效點跡都搜集完成的情況下才能進行，故要等待若干扇區，等待所有延后的點跡都輸入后才能進行穩定航跡處理。其滑窗-流水處理見圖4。

圖4中的滑窗-流水處理是一種“雙扇區”處理方式，對點跡的處理可以按天線實際掃過的扇區處理，但對航跡的跟蹤處理則在大地坐標系下的虛擬扇區中進行，圖中K為甲板坐標變為大地坐標后點跡變化的扇區數。

在進行坐標變換時，為確保點跡精度，數據處理對接收到的艦搖參數要進行內插處理，使坐標變換時使用的艦搖參數與得到目標點跡的時刻吻合，可最大程度地減小坐標變換誤差。

3 結語

某型三坐標雷達采用了電子穩定技術，在艦艇上經過多次目標跟飛試驗，目標跟蹤能力及跟蹤精度都取得了良好的效果。本文介紹的技術對于某些要求行進中工作使用的車載雷達也有一定借鑒意義。由于艦船的搖擺，采用固定陣面形式的艦載雷達的有效覆蓋空域要比艦船不搖擺時小，為了避免出現空域盲區，艦載雷達的掃描范圍要比大地坐標系下雷達的覆蓋空域大。

參考文獻

[1]王昭.某天線穩定平臺的結構設計[J].電子機械工程，2012，28（4）：25-28.

Abstract：Electronic stability platform can provide a means for eliminating the ship swing of Shipborne Phased Array Radar Search， this paper expounds the working principle， and then introduces the design points need to focus on implementation of search radar antenna stable platform of electronic.

Key Words：Shipborne radar； one-dimensional phase scanning radar； stabilized platformendprint