某跟蹤雷達伺服系統設計與仿真分析

晏佳勝

（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安 710068）

機械掃描的跟蹤雷達需要伺服系統驅動雷達天線完成波束掃描空間，以達到跟蹤目標的目的[1]。它的波束寬度較窄，對目標的跟蹤精度取決于伺服系統，而伺服系統的性能好壞直接影響整個雷達天線的動態性能和跟蹤精度[2]。因此，伺服系統除要求穩定可靠之外，還應具有精度高、響應快速、魯棒性好等特點[3]。

1 跟蹤雷達伺服系統控制原理

跟蹤雷達伺服系統采用位置、速度以及電流三閉環控制。位置環采用比例控制，具有良好的跟蹤性能，能夠在正反兩個方向隨便移動位置。電流環和速度環采用比例積分（Proportional Integral，PI）控制，分別校正為Ⅰ型系統和Ⅱ型系統，具有一定的閉環帶寬，可以無差跟蹤恒加速度指令[4]。跟蹤雷達伺服系統控制原理如圖1所示。

2 跟蹤雷達伺服系統硬件設計方案

跟蹤雷達伺服系統硬件組成，如圖2所示。它由伺服控制器、伺服驅動器、力矩電機以及雙精度旋轉變壓器等組成。伺服控制器由伺服控制板、旋轉變壓器數字轉換器（Resolver to Digital Converter，RDC）變換板、模數轉換（Analog/Digital，A/D）變換板、伺服接口板以及差分驅動板組成，用于實現天線速度解算、跟蹤復合控制、速度和位置閉環以及系統故檢等功能。伺服驅動器接收控制指令，完成力矩電機電流閉環控制。力矩電機和雙精度旋轉變壓器安裝在雷達天線座內，與雷達天線方位和俯仰軸同軸安裝。

3 跟蹤雷達伺服系統軟件設計方案

跟蹤雷達伺服分系統控制軟件包含伺服狀態初始化模塊、系統控制模塊以及中斷服務程序模塊[5]。它采用定時中斷方式工作，工作周期為2 ms。跟蹤雷達伺服分系統控制軟件組成如圖3所示。

系統控制模塊流程如圖4所示。系統控制模塊主要包括在線故障檢測、天線速度解算、軟件保護、環路校正、輸出數據處理、工作模式和自檢模式7個基本功能子模塊。工作模式包括方位和俯仰鎖定、手控、調轉和跟蹤4個子程序。自檢模式包括方位俯仰鎖定、調轉和精度檢查3個子程序。

中斷服務程序模塊流程圖如圖5所示。該模塊需要實現雷達系統通信、RDC數據讀取和合成、讀A/D變換器數據、寫數模轉換（Digital/Analog，D/A）變換器等功能。

4 系統仿真

測試人員對跟蹤雷達伺服系統進行仿真，需要先確定相關參數。系統負載參數和電機參數分別如表1和表2所示。

表1 負載參數

表2 電機參數

在Simulink中，測試人員建立系統方位和俯仰仿真模型如圖6所示，仿真結果如圖7和圖8所示。

仿真結果數據如表3所示。結果表明：跟蹤雷達伺服系統具有穩定的相位裕度；速度環閉環帶寬大于5 Hz，具有較好的快速響應性，滿足設計指標的要求。

表3 仿真結果數據

5 結語

文章敘述了跟蹤雷達伺服系統控制原理，提出硬件設計和軟件設計方案，并利用Simulink進行建模仿真。仿真結果表明，該設計具有合理性。