火控雷達跟蹤目標系統響應時間的研究

文/張西平 梁江鵬 楊茜 陳國際

1 引言

隨著防空領域武器系統發展，防空目標由原先傳統的戰斗機、巡航導彈類目標，轉變為RCS更小的低速無人機等低空目標，面對作戰目標的變化，對于火控系統的響應時間以及響應速度提出更高的要求，其中在武器系統中承擔重要角色的探測器響應時間縮短對于系統系統響應時間的貢獻顯得尤為重要，火控雷達中，系統響應時間主要由伺服調轉時間和信息處理時序所占用的時間組成，信息處理占用的時間由系統時序規劃決定，當雷達的時序關系確定好之后，處理信息的時間長短已經確定，變化的部分為伺服調轉時間，該部分時間主要由伺服調轉策略以及伺服驅動電機加速度、速度確定，在伺服驅動電機選定的情況下，伺服調轉策略的選擇確定了調轉時間。

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

雷達天線由運動以最大加速度減速到達靜止狀態，如果停止位置滿足則雷達天線運動保持與天線在搜索狀態運動方向一致，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天線最大加速度減速至靜止，然后以與天線搜索狀態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 系統響應時間推導

對于搜跟一體雷達，雷達方位上為機械跟蹤的情況下，搜索轉跟蹤過程中，天線伺服調轉的方式會有多種方式，在此考慮兩種伺服調轉控制策略，對比兩種方法在不同角加速度、不同調轉角度下的響應時間，選擇調轉時間更短的作為雷達天線搜索轉跟蹤的伺服控制策略，天線伺服調轉用時更短的，對于系統響應貢獻更大。

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可計算天線調轉時間如下：

3.1.3 采用調轉策略1時間推導流程

如圖7所示。

3.2 采用伺服控制策略2

天線由搜索狀態最快轉為靜止狀態，即以最大加速度減速，可將在用時最短的情況下轉為靜止，在整個過程中天線轉動的角度為 ，可推導其值大小如式：

圖15

圖16

雷達天線轉為靜止狀態時方位角為

3.2.1 先順時針再逆時針調轉1

3.2.2 順時針直接減速1

3.2.3 順時針直接減速2

3.2.4 先順時針再逆時針調轉2

3.2.5 采用調轉策略2時間推導流程

雷達調轉天線響應時間處理流程如圖13所示。

4 仿真分析

系統設計過程中，伺服調轉最大加速度指標給定，雷達天線在任意角度調轉過程中，其調轉時間可分別采用上述兩種策略進行仿真計算，對比其方法策略的優劣性。

4.1 給定固角度、加速度、速度情況下采用兩種調轉策略時間對比

假定最大加速度為400°/s2，當前天線轉速為180°/s，雷達當前位置為2500mil，仿真計算得到雷達天線調轉到任意位置的時間關系如圖14所示。

其中紅色為采用策略1調轉時間，藍色為策略2調轉時間，從上圖可分析當期望位置在170mil，即期望位置小于2330mil范圍內，采用調轉策略2所需時間小于采用策略1調轉天線所用的時間，其它情況下，采用策略1調轉雷達天線所需時間更短，即在小于期望角度一定范圍角度內，采用策略2可以減小雷達天線伺服調轉的最大時間。

當雷達當前位置變化時，即該圖發生左右平移，采用兩種調轉天線策略時間相對關系保持不變，即在火控系統中要求雷達天線調轉時間最短的情況下采用兩種策略的結合，取調轉角度時間較短的方法策略。

4.2 不同加速度情況下雷達天線調轉時間對比

采用兩種策略結合的方法，仿真分析加速度分別為250°/s2和400°/s2情況下天線調轉時間，從圖15可看出，隨著加速度的提高，天線調轉最大時間降低，加速度為400°/s2時最大時間小于加速度為250°/s2約0.7s,因此在系統設計指標時為降低系統響應時間，可適度提高伺服加速度值。

4.3 不同轉速下雷達天線調轉時間對比

采用兩種策略結合的方法，仿真分析速度分別為180°/s和360°/s情況下天線調轉時間，從圖16可看出，隨著天線轉速提高，天線調轉最大時間降低，速度為360°/s時最大時間與速度為180°/s時最大調轉時間相比，降低了約 0.3s,因此在系統設計時也可通過提高天線轉速降低系統伺服響應時間。

5 結束語

本文通過建立模型分析得出可通過選取合適的天線調轉控制策略，可優選出調轉到任意角度用時最短的伺服控制策略，同時選擇最大加速度較大伺服系統、提高天線搜索狀態下速度均可較小天線調轉最大時間。