火控雷達(dá)跟蹤目標(biāo)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的研究

文/張西平 梁江鵬 楊茜 陳國(guó)際

1 引言

隨著防空領(lǐng)域武器系統(tǒng)發(fā)展，防空目標(biāo)由原先傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗機(jī)、巡航導(dǎo)彈類目標(biāo)，轉(zhuǎn)變?yōu)镽CS更小的低速無(wú)人機(jī)等低空目標(biāo)，面對(duì)作戰(zhàn)目標(biāo)的變化，對(duì)于火控系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間以及響應(yīng)速度提出更高的要求，其中在武器系統(tǒng)中承擔(dān)重要角色的探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間縮短對(duì)于系統(tǒng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的貢獻(xiàn)顯得尤為重要，火控雷達(dá)中，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間主要由伺服調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間和信息處理時(shí)序所占用的時(shí)間組成，信息處理占用的時(shí)間由系統(tǒng)時(shí)序規(guī)劃決定，當(dāng)雷達(dá)的時(shí)序關(guān)系確定好之后，處理信息的時(shí)間長(zhǎng)短已經(jīng)確定，變化的部分為伺服調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間，該部分時(shí)間主要由伺服調(diào)轉(zhuǎn)策略以及伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速度、速度確定，在伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)選定的情況下，伺服調(diào)轉(zhuǎn)策略的選擇確定了調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

2 模型建立

2.1 模型1

2.2 模型2

雷達(dá)天線由運(yùn)動(dòng)以最大加速度減速到達(dá)靜止?fàn)顟B(tài)，如果停止位置滿足則雷達(dá)天線運(yùn)動(dòng)保持與天線在搜索狀態(tài)運(yùn)動(dòng)方向一致，以恒定加速度減速停止在期望位置，如圖3所示，如果停止位置滿足則雷達(dá)天線最大加速度減速至靜止，然后以與天線搜索狀態(tài)相反的方向方向加速再減速最終靜止在期望位置，如圖4所示。

3 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間推導(dǎo)

對(duì)于搜跟一體雷達(dá)，雷達(dá)方位上為機(jī)械跟蹤的情況下，搜索轉(zhuǎn)跟蹤過(guò)程中，天線伺服調(diào)轉(zhuǎn)的方式會(huì)有多種方式，在此考慮兩種伺服調(diào)轉(zhuǎn)控制策略，對(duì)比兩種方法在不同角加速度、不同調(diào)轉(zhuǎn)角度下的響應(yīng)時(shí)間，選擇調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間更短的作為雷達(dá)天線搜索轉(zhuǎn)跟蹤的伺服控制策略，天線伺服調(diào)轉(zhuǎn)用時(shí)更短的，對(duì)于系統(tǒng)響應(yīng)貢獻(xiàn)更大。

圖7

圖8

圖9

圖10

圖11

圖12

3.1 采用伺服控制策略1

3.1.1 直接減速

3.1.2 勻速再減速

圖13

圖14

由圖6可計(jì)算天線調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間如下：

3.1.3 采用調(diào)轉(zhuǎn)策略1時(shí)間推導(dǎo)流程

如圖7所示。

3.2 采用伺服控制策略2

天線由搜索狀態(tài)最快轉(zhuǎn)為靜止?fàn)顟B(tài)，即以最大加速度減速，可將在用時(shí)最短的情況下轉(zhuǎn)為靜止，在整個(gè)過(guò)程中天線轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為 ，可推導(dǎo)其值大小如式：

圖15

圖16

雷達(dá)天線轉(zhuǎn)為靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)方位角為

3.2.1 先順時(shí)針再逆時(shí)針調(diào)轉(zhuǎn)1

3.2.2 順時(shí)針直接減速1

3.2.3 順時(shí)針直接減速2

3.2.4 先順時(shí)針再逆時(shí)針調(diào)轉(zhuǎn)2

3.2.5 采用調(diào)轉(zhuǎn)策略2時(shí)間推導(dǎo)流程

雷達(dá)調(diào)轉(zhuǎn)天線響應(yīng)時(shí)間處理流程如圖13所示。

4 仿真分析

系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，伺服調(diào)轉(zhuǎn)最大加速度指標(biāo)給定，雷達(dá)天線在任意角度調(diào)轉(zhuǎn)過(guò)程中，其調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間可分別采用上述兩種策略進(jìn)行仿真計(jì)算，對(duì)比其方法策略的優(yōu)劣性。

4.1 給定固角度、加速度、速度情況下采用兩種調(diào)轉(zhuǎn)策略時(shí)間對(duì)比

假定最大加速度為400°/s2，當(dāng)前天線轉(zhuǎn)速為180°/s，雷達(dá)當(dāng)前位置為2500mil，仿真計(jì)算得到雷達(dá)天線調(diào)轉(zhuǎn)到任意位置的時(shí)間關(guān)系如圖14所示。

其中紅色為采用策略1調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間，藍(lán)色為策略2調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間，從上圖可分析當(dāng)期望位置在170mil，即期望位置小于2330mil范圍內(nèi)，采用調(diào)轉(zhuǎn)策略2所需時(shí)間小于采用策略1調(diào)轉(zhuǎn)天線所用的時(shí)間，其它情況下，采用策略1調(diào)轉(zhuǎn)雷達(dá)天線所需時(shí)間更短，即在小于期望角度一定范圍角度內(nèi)，采用策略2可以減小雷達(dá)天線伺服調(diào)轉(zhuǎn)的最大時(shí)間。

當(dāng)雷達(dá)當(dāng)前位置變化時(shí)，即該圖發(fā)生左右平移，采用兩種調(diào)轉(zhuǎn)天線策略時(shí)間相對(duì)關(guān)系保持不變，即在火控系統(tǒng)中要求雷達(dá)天線調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間最短的情況下采用兩種策略的結(jié)合，取調(diào)轉(zhuǎn)角度時(shí)間較短的方法策略。

4.2 不同加速度情況下雷達(dá)天線調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間對(duì)比

采用兩種策略結(jié)合的方法，仿真分析加速度分別為250°/s2和400°/s2情況下天線調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間，從圖15可看出，隨著加速度的提高，天線調(diào)轉(zhuǎn)最大時(shí)間降低，加速度為400°/s2時(shí)最大時(shí)間小于加速度為250°/s2約0.7s,因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)為降低系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，可適度提高伺服加速度值。

4.3 不同轉(zhuǎn)速下雷達(dá)天線調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間對(duì)比

采用兩種策略結(jié)合的方法，仿真分析速度分別為180°/s和360°/s情況下天線調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間，從圖16可看出，隨著天線轉(zhuǎn)速提高，天線調(diào)轉(zhuǎn)最大時(shí)間降低，速度為360°/s時(shí)最大時(shí)間與速度為180°/s時(shí)最大調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間相比，降低了約 0.3s,因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)也可通過(guò)提高天線轉(zhuǎn)速降低系統(tǒng)伺服響應(yīng)時(shí)間。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)建立模型分析得出可通過(guò)選取合適的天線調(diào)轉(zhuǎn)控制策略，可優(yōu)選出調(diào)轉(zhuǎn)到任意角度用時(shí)最短的伺服控制策略，同時(shí)選擇最大加速度較大伺服系統(tǒng)、提高天線搜索狀態(tài)下速度均可較小天線調(diào)轉(zhuǎn)最大時(shí)間。