制导雷达

制导雷达（共4篇）

制导雷达 篇1

0 引言

末制导雷达作为反舰导弹末制导阶段重要的制导设备, 是反舰导弹能否成功打击目标的关键所在。舷外有源雷达诱饵是舷外对抗设备新的发展方向, 具有作战方式使用灵活、作战效能高的特点, 对反舰导弹的生存构成了严重威胁。进行末制导雷达抗舷外有源雷达诱饵干扰技术的研究, 提高末制导雷达抗舷外有源雷达诱饵干扰的能力, 是当前迫切需要解决的军事前沿问题。

1 单脉冲末制导雷达测角原理

为了提高打击精度和抗干扰能力, 目前的反舰导弹末制导雷达主要采用单脉冲测角体制。振幅和差式测角是常用的单脉冲测角方法, 其原理是发射时采用两个相同的波束且两波束部分重叠, 接收时信号作和差处理。若目标处于两波束等信号轴方向, 则两天线接收到的信号等强度;否则一个天线收到的信号强, 另一个天线收到的信号弱。通过比较两个天线接收到信号的强弱来确定目标偏离等信号轴方向的程度, 以此得到目标所处的方向。

单平面内振幅和差式单脉冲雷达原理如图1所示, 发射机产生的信号被送至和差比较器的Σ端, 1、2端输出等幅同相的激励信号, 由两个馈源天线调制后进行发射。接收回波时, 两馈源将接收到的回波脉冲信号分别送至和差比较器的l、2端, 其中, Σ端两信号相加, 输出和信号;Δ端两信号反相相加, 输出差信号。和差两路信号分别经过混频、中放后, 差信号被送入相位检波器, 和信号分为三路:一路通过检波视放后送入自动距离跟踪系统作测距用;一路为中放提供自动增益控制信号;另一路与差信号一样被送入相位检波器作为基准信号, 输出角误差信号, 送至伺服系统, 控制天线完成角度跟踪。

2 舷外有源雷达诱饵干扰原理

由于单脉冲末制导雷达能够通过瞬时比较两个或多个目标的回波信号振幅的比值完成对目标定向, 因此对单脉冲末制导雷达施加单点源干扰 (干扰源置于舰船上) , 不论采用何种干扰样式, 干扰效果都不够理想。对抗单脉冲末制导雷达必须对其角跟踪系统产生真正的诱骗才能有效。舷外有源雷达诱饵质心干扰是目前最为有效的破坏单脉冲雷达测角体制的干扰形式。

舷外有源雷达诱饵质心干扰的机理是双目标非相干干扰, 当反舰导弹末制导雷达锁定目标舰船后, 末制导雷达进入跟踪阶段, 天线波束中心对准舰船回波能量中心, 舰船侦察系统发现反舰导弹来袭, 选择合适时机, 发射舷外有源雷达诱饵弹至预置地点后, 舷外有源雷达诱饵开机, 搜索和转发舰载侦察系统加载的末制导雷达信号, 由于被转发的信号与真实舰船回波处于同一个分辨单元内, 末制导雷达将跟踪舰船与诱饵的等效能量质心, 如图2所示, 随着反舰导弹逼近舰船和诱饵, 如果诱饵的回波功率强于舰船回波功率, 反舰导弹将逐渐偏离舰船逼向诱饵, 从而达到保护舰船不被反舰导弹袭击的目的。

3 末制导雷达接收机输出信号概率分布

假设舰船目标的RCS符合Swerling IV模型, 舷外有源雷达诱饵转发末制导雷达信号, 因此舷外有源雷达诱饵的回波幅度可以假设与舰船目标的回波幅度具有相同的统计特性, 等效RCS同样符合Swerling IV模型, 回波幅度αi均服从如下分布:

式中α20i=E (αi2) 。

当2个Swerling IV型目标位于单脉冲雷达波束内时, 接收机各通道的输出信号可建模为:

式中:xi=αicosϕi, yi=αisinϕi, i=1, 2;接收机噪声服从如下高斯分布:

回波相位ϕi服从[0, 2π) 的均匀分布, 由于αi与ϕi相互独立, 因此αi, ϕi的联合概率密度函数为:

文献[1]推导得SI的概率密度函数为:

式中:

其中, SQ, DI, DQ的概率分布具有相同的推导过程, SQ与SI具有相同的概率密度函数, DI与DQ具有相同的概率密度函数。将式 (7) 中的α201, α202, σS2分别替换成α201η12, α202η22, σD2即可得到DI与DQ的概率密度函数表达式。

式 (7) 表示的概率分布相当复杂, 难以用现有的检测算法进行处理。然而根据概率论的知识可知, 多个独立同分布的变量和趋近于高斯分布, 若把式 (7) 近似为高斯分布, 那么就可以采用广义似然比检测 (Generalized Likelihood Ratio Test, GLRT) 方法[2]对2个Swerling IV型目标进行检测。

记两目标回波功率比为:

则式 (7) 可写为:

式中:

假定SI可近似于如下高斯分布:

通过仿真实验研究f (SI) 与fg (SI) 的近似条件, 影响近似程度的主要因素是两目标的功率比λ以及目标的信噪比。图3显示了在不同λ及信噪比下, 输出信号SI的概率分布曲线的近似情况。

通过仿真发现两目标的功率比λ在0.2~5之间, 即两目标功率相差7 dB以内时, f (SI) 可由fg (SI) 近似, 特别是当两目标功率相等 (λ=1) 时近似程度最好。此外, 当目标信噪比较低时, f (SI) 也可由fg (SI) 近似。输出信号SQ, DI, DQ也同样近似于零均值的高斯分布。

舷外有源诱饵在对抗末制导雷达时, 与舰船目标回波的功率比一般满足0.2~5范围的要求, 因此可以认为舷外有源诱饵与舰船目标的回波符合高斯分布, 进而可以采用高斯条件下的检测算法对舰船目标和舷外有源诱饵进行检测。

因此, 在上述近似条件下, GLRT方法理论上可对2个Swerling IV型目标进行检测。下面通过仿真实验来验证近似高斯分布的条件下, GLRT方法对2个Swerling IV型目标检测的有效性。

4 仿真实验

仿真实验分为4组, 4组仿真中舰船和诱饵目标的功率之和不变, 即总信噪比不变 (均为16 dB) 。第一组中, 两目标功率相等, 信噪比均为13 dB;第二组中, 舰船目标的信噪比为12.8 dB, 诱饵目标的信噪比为14.9 dB, 两目标的功率比λ=0.6;第三组中, 舰船目标的信噪比为10.8 dB, 诱饵目标的信噪比为15.8 dB, 两目标的功率比λ=0.3;第四组中, 舰船目标的信噪比为7 dB, 诱饵目标的信噪比为16.5 dB, 两目标的功率比λ=0.1。4组实验中两目标都对称地位于天线轴两侧, 脉冲积累数为10;进行Monte Carlo试验50 000次, 4组实验的检测概率如图4所示。

由图4可以看出, 4组仿真实验中, GLRT方法对2个Swerling IV型目标的检测概率略低于对目标近似分布的检测概率。当两目标功率相等时, 具有最大的检测概率, 如4 (a) 所示;而当两目标功率相差较大时, 检测概率最低, 如4 (d) 所示, 这是由于此时接收机输出信号的概率分布已经不能近似为高斯分布, 但采用GLRT方法仍具有较好的检测性能。

5 结语

舷外有源雷达诱饵质心干扰对末制导雷达形成角度欺骗, 末制导雷达接收机输出信号的概率分布在一定条件下近似为高斯分布, 可以采用GLRT方法对舰船和诱饵进行检测。仿真结果表明, 在舰船和诱饵目标的功率相差不大时, 接收机输出信号可以近似为高斯分布, 并且采用GLRT方法对舰船和诱饵目标进行检测时具有较好的检测性能。

摘要：舷外有源雷达诱饵通过与舰船形成双目标非相干干扰, 对单脉冲末制导雷达的角跟踪系统产生真正的角度欺骗, 影响反舰导弹对舰船的可靠跟踪。单脉冲末制导雷达接收机输出信号在一定条件下近似为高斯分布, 采用GLRT方法可以对舰船和诱饵进行检测。

关键词：单脉冲,舷外有源雷达诱饵,高斯分布,GLRT方法

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制导雷达 篇2

综上所述,复合制导已成为反舰导弹发展的关键技术,是战斗力生成的倍增器,也是世界各国竞相发展的前沿技术。

反舰导弹中,采用主动雷达/红外成像双模复合的较多[2]。其中,法国的飞鱼反舰导弹采用的是主动雷达/红外成像双模导引头,具有灵活的可编程四维航线点飞行剖面,增加了对沿海目标的攻击能力;瑞典的RBS15MK3反舰导弹采用了主动雷达/红外成像双模导引头,具有电子反对抗能力,可以进行真假目标分析、干扰寻的、宽频带频率捷变等,可通过数据链与其他平台进行数据交换,具备末端预测规避机动与二次攻击能力;法国与意大利联合研制的奥拓马特-4反舰导弹,采用雷达/红外成像双模导引头,可以通过数据链发回目标红外图像,具有目标选择能力与较强的抗干扰能力。台湾海军装备的雄风-Ⅱ反舰导弹,采用雷达/红外成像双模导引头,分口径布局,雷达天线位于弹体头部,红外成像系统位于天线罩后弹体上方的背脊前端中部,具有自动目标识别和图像跟踪功能。

1 传感器共口径技术

主动雷达/红外成像双模复合导引头在复合方式上主要有2种不同的形式[3],一种方式是采用雷达传感器与红外传感器分平台安装,称为分口径技术。如瑞典研制的RBS-15MK3导弹的复合导引头就是采用这种复合方式,雷达和红外成像部分采用上下分立的排布。工作时微波信号的接收和发射、红外信号的接收也是完全分立的。这种复合方式也可以看成是2种体制探测器的拼接。分口径结构的优点是技术成熟,实现简单。最大缺陷是2个探测器必须通过空间坐标转换和时间校准,增加了系统信号处理的复杂性和伺服随动机构的复杂性,难于实现真正意义上的复合,另外体积和质量较大。

另一种是采用雷达传感器与红外传感器共轴安装的方式,称为共口径技术。如美国洛克希德-马丁公司研制的毫米波/红外成像复合导引头就是采用了这种方式。共轴安装复合传感器的工作原理为:微波信号可以直接从可透射微波反射红外波的反射面穿过。红外信号被大反射面反射后,再经过最前方的小反射面进行二次反射,最终被位于中间掏洞的平板缝阵天线后方的红外图像传感器接收。

共口径相对于分口径在结构上具有结构简单、体积小、质量轻等优势,适合在空间要求苛刻的导弹上应用。另外还可以实现2个传感器数据的精确配准,为复合信息处理减小误差。但整流罩的材料选择、设计、加工生产工艺等是共口径结构中存在的主要问题,同时,其对雷达天线有一定的遮挡和红外能量的衰减。只要很好地解决了整流罩所存在的难点,那么共口径结构就会是复合导引头的理想结构。

发展同轴共孔径必须要解决双模头罩问题。头罩保护导引头内部件,对双模头罩的要求包括:(1)应选用对微波、红外均有较高透过率的双透波材料。即损耗较小地透过微波与红外辐射;(2)充分考虑材料在指定频带内的介电性能,在指定范围内的强度、热膨胀系数,以及密度、抗雨蚀性能等。常用材料:低损耗有机或无机材料,如硫化锌、锗玻璃等。同时,对头罩厚度也有要求,应保证在微波波段反射损耗最小,使其有高的透过性能,有足够的机械性能使其满足高的抗过载性能要求[4]。

对于同轴共孔径的导引头安装方式,复合导引头内部既要安装雷达又要安装红外,使得导引头内部的电磁环境异常复杂。这种电磁环境包括:(1)雷达探测器的频率源与收发组件在工作时会向外辐射高频电磁脉冲;(2)红外图像传感器需配备斯特林制冷机,它也会对整个导引头系统产生十分严重的高频干扰;(3)伺服机构中的力矩电机磁力线的干扰。这种复杂的电磁环境会严重影响导引头的整体性能。

2 复合信息处理技术

主动雷达/红外成像复合导引头的信息处理机是一个非常复杂的系统,主要包括主动雷达信号处理、红外焦面阵成像信号处理、数据融合3种功能。这三部分处理的工作量都很大,因而一般采用分布式处理结构,主动雷达与红外成像子系统均采用单独的处理器完成各自的预处理,将预处理结果通过接口送到融合中心,由融合中心完成特征级与决策层数据融合处理[5]。

单个传感器,无论是主动雷达还是红外成像,其信息处理技术都比较成熟。这里重点讨论复合信息处理。

2.1 时空配准

在主动雷达/红外成像数据融合系统中,各个传感器一般具有不同的数据率和测量坐标系,而关联判决和航迹融合需要同一测量坐标系内、同一时刻的目标状态估计,因此需要对各单个传感器的数据进行时间和空间上的同步处理[6]。

空间配准主要消除传感器空间布局带来的误差,对于采用共口径技术的传感器布局,该部分误差影响很小。

时间配准要消除信号不同步带来的误差。时间不同步的原因是两传感器的开机时刻、采样周期、处理速度以及信号在通信过程中的时间延迟等因素的影响,导致两传感器对同一目标的测量不能同步地进行。

多传感器时间配准方法主要有曲线拟合法、最小二乘法和线性插值等,其基本思想都是以某一传感器时间节点为基准,对其余传感器通过已知时间节点上的数据来估计所需时间节点上的数据,从而达到传感器在时间节点上的一致性,即把不同传感器在不同时刻对同一目标的测量数据转换到以融合时间节点为基准的时标数据[7]。

2.2 融合检测

融合检测的作用是通过对主动雷达和红外成像检测数据的融合处理[7],使得复合导引头在干扰条件下具有高的目标检测概率。

例如,箔条干扰会对雷达产生十分强的回波,从而对雷达的目标检测和识别构成威胁。而红外烟幕或诱饵会威胁到红外导引头的目标检测和识别。将红外和主动雷达进行复合,由于它们的物理特性不同,对抗红外成像的措施(红外烟幕、诱饵)对雷达不起作用,而对抗雷达的措施(箔条)则对红外成像不起作用。因此,可以采用融合方法来消除干扰的影响,提高检测率。

2.3 数据关联

数据关联是确定主动雷达和红外成像是否探测的是同一目标。如果不是同一目标,则根本无从谈及信息互补,更谈不到对目标的优化探测。主动雷达和红外成像各自提供了目标方位角,各自的测量构成了观测数据集,数据关联可采用加权法、最近邻法、K近邻法、修正的K近邻法、独立序贯法、相关序贯法、独立双门限法、经典分配法与广义分配法等[8]。

2.4 融合识别

由于常规的单一传感器自动目标识别系统存在许多局限性,它仅基于某一类数据有限集进行识别决策,尤其是存在干扰的复杂场景中,其抗干扰能力和识别的可靠性将大为降低。多模制导引入导弹制导系统的一个重要原因是明显提高了导弹的目标识别能力。

红外成像能够体现目标的形状信息,主动雷达能够提供红外成像无法获取的目标距离信息,在融合识别过程中,应充分利用这些信息的互补性。目标识别的基础是目标的特征参数,所谓特征就是真目标与假目标之间的一种差异。舰船目标的特征有:

(1)由红外和主动雷达分别测量出来的舰船目标的位置是基本一致的,而对于随机的假目标却没有这种特性,因此,红外和主动雷达测量出来的目标位置的一致性是舰船目标识别的重要特征之一。

(2)在主动雷达跟踪状态下,由红外测得的舰船目标位置必邻近图像坐标系原点,所以,目标位置的相邻性亦是舰船目标识别的特征之一。

(3)舰船目标的灰度值是随着时间(距离由远及近)增长的,所以,灰度变化率是识别舰船目标的重要依据之一。

(4)当目标距离小于红外成像导引头作用距离时,红外导引头便开始对舰船目标进行成像,在这种情况下,目标的面积、形状及其变化率是区分舰船目标和假目标的重要特征。

现代海上战争需要导弹对特定目标进行精确打击。因此,复合导引头应具有选择、识别特定目标的能力。如:

(1)舰艇编队内不同舰艇目标的选择与识别;

(2)攻击部位的选择;

(3)舰艇目标与干扰的选择与识别;

(4)舰艇目标与岛岸背景的选择与识别。

2.5 融合跟踪

融合跟踪模块的功能是通过红外和主动雷达对目标的跟踪结果,采用融合方法使目标的角位置精度得到进一步的提高。常用的方法如加权最小二乘融合方法。

红外成像提供的可供目标识别的信息较雷达丰富,因此在目标跟踪过程中,应该以红外成像为主,结合雷达提供的距离信息,进一步提高跟踪精度,增加跟踪的可靠性和稳定性。

3 结论

复合制导具有任一单模导引头不(下转第59页)(上接第11页)

可比拟的优越性,是现代海战中战斗力的倍增器,也是世界各国正在竞相发展的前沿技术。主要发展特点是:(1)主动雷达/红外成像复合是反舰导弹发展的主流方向;(2)同轴共孔径是传感器复合的主流方向;(3)同控式是复合导引头控制导弹的主流方向;(4)特征级复合是复合信息处理的主流方向。

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制导雷达 篇3

未来高科技战争将防空导弹武器系统暴露于复杂的电子战战场环境中。为了在复杂电磁环境下快速准确地捕获目标并进行稳定跟踪,防空导弹跟踪制导雷达采用了多种先进的抗干扰措施,可有效对抗多种干扰样式。靶场传统的试验模式是在无干扰条件下检验跟踪制导雷达的精度与威力,这种试验模式远不能适应复杂环境的作战需求,为检验跟踪制导雷达的抗干扰性能,充分反映雷达的实际作战使用效能,本文采用外场飞行试验与内场仿真试验相结合的一体化试验方法,对跟踪制导雷达的抗干扰性能进行鉴定。一方面,内场仿真试验可弥补外场飞行试验信息的不足;另一方面,外场数据检验又可进一步验证内场仿真结果的正确性。通过信息融合,为鉴定雷达的性能提供可靠充分的数据知识,提高对雷达抗干扰性能鉴定的准确度和置信度。

1抗干扰试验设计

防空导弹跟踪制导雷达采用多种有效的抗干扰措施,可有效对抗多种有源干扰[1]。本文结合雷达靶场检飞试验,重点研究对远距离支援干扰的对抗效能。在远距离支援干扰环境下,干扰机与一般目标处于不同的位置,干扰功率从副瓣进入雷达接收机。工作方式一般采用压制式干扰,使雷达接收机饱和、模糊以致无法检测,从而达到降低雷达探测能力的目的。

1.1检验指标

要实现对雷达抗干扰性能的有效评估,首先要确定评估指标和相应的评定准则以及评定方法[2]。对于压制式干扰采用的评估指标有:干扰可见度(VJ)、抗干扰改善因子(D)、雷达最大作用距离提高倍数(KR)等。从试验需求的角度出发,对跟踪制导雷达抗干扰性能定量分析时,采用抗干扰改善因子进行描述。抗干扰改善因子是雷达采用抗干扰措施后,雷达输出端的信干比(P′SO/P′JO)与雷达未采取抗干扰措施时,雷达输出的信干比(PSO/PJO)的比值,即雷达采取抗干扰措施后信干比提高的倍数。

在实际试验中,为便于测量,采用雷达实时输出的信噪比代替信干比。

1.2远距离支援干扰试验

跟踪制导雷达抗远距离支援干扰试验的目的是检验雷达在压制干扰条件下采取抗干扰措施后和未采取抗干扰措施时,雷达性能提高和改善的程度。

1.2.1干扰源性能要求

雷达抗干扰试验与一般雷达试验的主要区别在于增加了干扰源,在试验设计时应首先选取干扰设备。干扰设备的选取一般考虑3个方面:

(1)工作频率、带宽。

(2)最大输出功率。

(3)能够模拟干扰的类型(包括阻塞噪声和瞄准噪声)。

根据被试雷达的抗干扰性能指标和试验的考核内容,选择指标明确、性能稳定的干扰设备。

1.2.2主要抗干扰措施

当干扰为远距离支援时,目标位于雷达波束主瓣内,干扰源位于雷达波束副瓣内,干扰信号从副瓣进入雷达接收机。干扰信号的存在抬高了雷达接收信号的噪声电平,使目标的搜索和跟踪性能下降,这时,跟踪制导雷达采用副瓣对消措施对抗干扰。

1.2.3抗远距离支援干扰试验方案

雷达抗干扰试验要求在接近实战的条件下进行,即将雷达置于规定的干扰环境中,按规定的战术使用条件进行雷达试验。试验方案的设计内容包括试验航路、真值测量方案、雷达测量数据录取方案、检测及结果评定方法等。靶场应具备实施干扰试验的环境(包括试验航路、试验阵地等)、实施各种实体干扰的场区条件(如架设模拟器的测试塔等)。在干扰条件下靶场的真值测量设备、通信设备等参与试验的设备应不受干扰源的影响。

模拟远距离支援干扰,通过干扰模拟器向雷达施放窄带瞄准干扰和宽带阻塞干扰,检验雷达对目标的检测和跟踪情况。干扰模拟器施放时应根据干扰源与目标的相对位置关系、干扰源与雷达阵面的相对位置关系,进行试验航路设计。

在远距离支援干扰模式下,干扰信号从副瓣进入雷达接收机,因此在航路设计时,干扰机应处于雷达主波束之外,与目标机保持一定距离,如图1所示。

在干扰机无法满足试验条件时,可采用地面模拟干扰源的方式进行。在距雷达一定距离的固定位置处放置干扰模拟器,如图2所示。

2抗干扰功能仿真

跟踪制导雷达抗干扰功能仿真的目的,就是利用雷达的功能性质,仿真计算干扰条件下雷达系统的检测功能。已知跟踪制导雷达在一定环境下检测目标的检测概率,雷达检测目标的性能,主要取决于检测信噪比[3]。因此,当雷达检测概率一定的条件下,可通过仿真计算干扰条件下的雷达检测信噪比,对雷达的抗干扰功能进行仿真。

跟踪制导雷达抗干扰功能仿真只考虑检测信噪比对检测概率的影响,仿真模型简单,方法易于实现。采用蒙特卡洛仿真方法,对雷达检测概率进行统计试验。根据雷达方程、干扰方程以及干扰/抗干扰基本原理,建立仿真计算综合信噪比的数学模型和软件,并对雷达的抗干扰能力作出初步评估。仿真评估的结果可以扩展试验信息,弥补试验项目不足造成的试验评定结论片面,是试验鉴定有效的辅助评估手段。

2.1数学模型

2.1.1雷达回波功率

根据雷达方程,雷达回波信号功率是指雷达发射的信号经斜距为R的目标反射回来的再被雷达接收的回波信号的功率[4]。雷达回波信号功率与雷达发射功率、雷达与目标的距离、雷达天线增益、目标平均散射截面积、总损耗等因素有关。雷达回波功率仿真数学模型为:式中,Pt为雷达发射机峰值功率;Gt为目标方向雷达发射天线增益;Gr为目标方 向雷达接 收天线增益;D为雷达抗干扰改善因子;R为目标与 雷达距离;Lr为雷达的综合损耗;σ为目标的雷达截面积;λ为雷达工作波长。

2.1.2雷达检测信噪比

在雷达抗干扰试验中,雷达面临的目标和环境复杂,能否检测到目标回波,主要取决于检测时的信噪比。雷达检测信噪比由多方面因素综合决定,其中噪声包括接收机噪声、杂波和干扰信号功率。综合信噪比S/N的数学模型为:式中,S为回波信号功率;Nr为接收机噪声;Nc为杂波;Nj为干扰信号功率。

2.1.3副瓣对消抗干扰改善因子

副瓣对消基本原理是利用主阵干扰信号和辅助阵干扰信号之间的相关性,将主阵干扰信号对消掉。由于相关性,对辅助阵接收到的干扰信号适当加权,可以产生一个与主阵干扰信号很“相似”的干扰信号。将主阵输出信号与辅助阵输出信号相减,主阵干扰信号的作用就会大大减弱,从而达到对消干扰。副瓣对消抗干扰改善因子(干扰对消比,DJCR)定义为:式中,SNR1为采用副瓣对消时雷达输出信噪比;SNR2为未采用副瓣对消后系统输出信噪比。

2.2仿真过程

在建立数学模型的基础上,进行仿真流程设计:输入各项参数(包括雷达系统、目标、干扰机系统参数),分别计算信号功率、干扰功率和综合信噪比,并得出信噪比与目标距离之间的关系表和关系曲线图。通过分析各个参数以及曲线之间的关系,进而分析雷达抗干扰的效果,如图3所示。在远距离支援干扰条件下,采用先验模型计算宽带阻塞式、窄带瞄准式噪声干扰对雷达系统探测能力的影响。

2.3仿真模型的有效性检验

当抗干扰试验积累了大量的外场飞行试验数据时,可利用已有的(实际飞行试验的)试验数据,与仿真结果进行分析比较。仿真试验结果与飞行试验结果的误差在允许范围内,即在统计意义上相一致时,可认为数学模型有效[5]。一致性检验方法有判断比较法、假设检验法、灵敏度分析法和时间序列分析法等。经过有效性验证的仿真模型,可对雷达试验可靠性评定进行有效互补[6]。

3实例分析

防空导弹跟踪制导雷达采用副瓣对消,对抗远距离支援干扰,目标雷达截面积(RCS)为2m2,从雷达阵面法线方向进入。

3.1飞行试验结果

共进行2架次6航次抗干扰飞行试验,试验结果统计处理如表1所示。

3.2仿真试验结果

根据2.1节的数学模型和2.2节的仿真流程编制仿真计算软件,雷达参数设定及干扰机参数设定参考被试雷达及干扰机参数。雷达系统的主要参数包括法向最大增益、第一副瓣增益、雷达中心频率、接收机噪声、雷达系统综合损耗。干扰机参数包括:干扰机功率、干扰天线增益、干扰机综合损耗、干扰机中心频率等。参数输入界面如图4所示。

对部分仿真结果进行统计处理,如表2所示。

从表1、表2可以看出,远距离支援干扰对跟踪制导雷达检测的信噪比影响较大,对于RCS为2m2的目标,可将雷达的探测距离从200km压制到100km,采用副瓣对消抗干扰措施后,抗干扰改善

因子大于10dB,可以有效对抗远距离支援干扰。在200km以内,干扰对跟踪制导雷达的探测距离几乎没有影响。由此可见,副瓣对消抗干扰措施对掩护式噪声干扰有很强的抗干扰能力。

3.3仿真试验结果与飞行试验结果的一致性检验

应用仿真试验结果,与外场飞行试验结果进行分析、比较,综合评估雷达的性能指标,必须对数学仿真结果和外场试验结果进行一致性检验。一致性检验是利用外场试验得到的有限信息资源,验证仿真模型的有效性的最直接方法。在相同的距离段内,对部分雷达测量结果和仿真结果统计如图5所示。本例中采用比较法、相关系数法进行检验。计算仿真数据与试验数据的相关系数:式中C12为仿真数据与试验数据的协方差;C1为仿真数据的均方差;C2为试验数据的均方差。

计算得:R=0.961,两组数据有较好的相关性,仿真结果和试验结果的一致性较好。

4结束语

在跟踪制导雷达抗干扰试验过程中,采用了外场飞行试验与内场仿真试验相结合的一体化试验方法,即将外场飞行试验和内场数学仿真试验相结合,充分利用多种信息来源,使试验手段不断完善、试验效率得到提高、试验结果更加可靠。通过外场飞行试验对跟踪制导雷达的探测功能及抗有源干扰性能进行检验,通过内场功能仿真分析,增加了试验样本数,有效提高了靶场试验结果评定的置信水平。限于篇幅,对本文未涉及的抗干扰措施,也可采用本文提出的一体化试验方法进行评估,有效解决跟踪制导雷达抗干扰性能评估的难题。

摘要：为检验防空导弹跟踪制导雷达的抗干扰性能,充分反映雷达的作战使用效能,本研究设计了针对跟踪制导雷达抗干扰的外场飞行试验方案,深入研究了内场抗干扰功能仿真试验方法,采用外场飞行试验和内场仿真试验相结合的方法,为评估雷达的抗干扰性能提供确凿可靠的信息,从而提高试验鉴定结果的置信度。

制导雷达 篇4

1 硬件设计

伺服控制系统是末制导雷达的重要组成部分,伺服系统的静态精度和动态性能直接影响到雷达的测角精度和抗过载能力,它对于搜索目标、截获目标和精确测量目标位置以及其他指标起着至关重要的作用。

末制导雷达伺服控制系统的主要功能是:通过对雷达天线位置和速度信息的实时采样,同时结合接收到的雷达信号处理系统发出的控制指令、装定角度、跟踪中心角及角误差等信息共同解算完成对雷达天线位置和速度的精确控制。

雷达伺服控制系统硬件主要由伺服传动机构、伺服控制电路和伺服驱动电路组成。

伺服传动机构包括:直流力矩电机,减速器以及位置、速度传感器等。

伺服控制电路包括:天线位置信息采集模块、天线速度信息采集模块、A/D转换模块、DSP数字信号处理模块、D/A转换模块和串口通讯模块等。控制电路元件主要组成有:一片高性能DSP电路;一片CPLD时序控制电路;天线角度信息的A/D转换电路、天线速度信息A/D转换电路和SCI串口通讯电路等等。

伺服驱动电路包括:方位、俯仰模拟电流调节回路和方位、俯仰PWM功率放大电路。

系统硬件接口连接图如图1所示。

控制系统电路核心选用TMS320LF240x系列的TMS320LF2407A DSP芯片。DSP通过数字I/O口将A/D转换后的实时天线位置和天线速度反馈信息采集回来,经过软件内部数据处理和位置环、速度环经典数字PI调节算法解算后得出PWM数字控制量,再经由D/A转换电路输出至方位、俯仰驱动电路,最后得到方位、俯仰两支路的电机控制信号。

另外,设置SCI串行接口用于与雷达信号处理系统通讯,即DSP在进行内部实时数据运算处理的同时,时刻响应外部串口接收和发送中断。伺服控制系统接收来自雷达信号处理机的工作状态指令、装定角度、跟踪中心角及角误差信息,同时又向信号处理机上报天线当前位置、速度信息以及伺服工作状态信息等。

DSP控制芯片数据流向,如图2所示。

输入:方位/俯仰位置信息、方位/俯仰陀螺速度信息;

输出:方位/俯仰电机驱动、EEPROM存储;实时通讯:通过SCI串行通信接口与雷达信号处理机实现实时数据互通传输。

2 软件设计

2.1 软件流程

末制导雷达伺服控制系统采用数字控制伺服系统,信号采集、处理、运算通过DSP及外围器件完成,系统软件结构框架图如图3所示。

2.1.1 上电初始化

整个程序运行的开始,包括系统设置初始化、定时器中断初始化和SCI串口中断初始化等。

2.1.2 实时数据采集

采集当前天线方位、俯仰位置信息和方位、俯仰陀螺速度信息,校天线位置零偏和速度零偏值,并对采集数据做处理。

2.1.3 接收SCI串口数据

按照协议规定,判断SCI串口数据的帧头、数据长度及校验和,接收来自雷达信号处理机的SCI串口数据信息。

2.1.4 系统自检

对伺服控制系统的主要控制元件进行自检检查。包括DSP芯片检查,方位、俯仰位置反馈元件检查及方位俯仰速度反馈元件检查。

2.1.5 控制数据解算

伺服控制系统将采集到的位置、速度反馈数据结合信号处理机的控制数据一同进行解算,将解算出的结果用于伺服系统的电机控制。

根据末制导雷达技术状态要求,控制数据解算也可分解为不同子模式下系统控制量的解算输出。例如:天线待机状态数据解算、角度装定状态数据解算、搜索状态数据解算、跟踪状态数据解算和关机状态数据解算等等。

2.1.6 上报SCI串口数据

按照协议规定的数据帧头、数据长度及数据格式,向雷达信号处理机上报当前天线位置、速度信息以及当前伺服系统工作状态信息。

2.1.7 指向/搜索/跟踪模块

根据雷达信号处理机工作状态指令的不同,切换伺服系统运动形式。

指向状态———控制雷达天线指向并保持预定位置。

搜索状态———控制雷达天线在某个范围内往返运动以搜索目标。

跟踪状态———控制雷达天线指向信号处理机给定的跟踪中心角并根据实时角误差信息调整和修正天线位置。

2.1.8 输出电压解算模块

结合系统硬件特性,将控制解算后的方位、俯仰给定值进行数据处理得出不同符号的写电压信息,控制雷达天线方位、俯仰电机正/反转动。

2.2 数字算法

数字PI调节器是一种线性控制器,也是自动控制系统中最常用的一种数字控制器。将偏差的比例(P)、积分(I)通过线性组合构成控制量,对被控制对象进行控制,故称PI控制器。

伺服控制系统软件算法通过典型数字PI控制实现。系统采用位置、速度和电流三闭环回路共同完成对雷达天线位置、速度的精确控制。位置环和速度环路采用数字方法实现,电流环采用模拟方法实现。

数字PI调节器输出:

u(k)———输出函数;

u I(k-1)———上周期输出;

KP———PI调节器比例放大系数;

KI———PI调节器积分时常数;

Tsam———采样周期。

3 结论

本研究充分利用了TMS320LF2407A DSP芯片的高速运算能力和其在自动化数字控制方面的优越性以及低成本、低功耗的优点,在保证雷达伺服控制系统实时性的同时,有效的简化了系统硬件电路设计,使系统结构更加简洁、紧凑,软件流程更加清晰、明了。

摘要：本文选用TMS320LF240x系列的TMS320LF2407A DSP芯片,采用典型数字PI调节算法,通过软件编程实现现代末制导雷达伺服控制系统位置和速度回路的闭环调节。文中详细阐述了末制导雷达数字控制系统的原理和组成,并给出了控制系统硬件接口连接图和软件结构框架图。该系统设计结构简单、功能全面,在雷达总体运行测试过程中表现出了优越的静态和动态特性。

关键词：TMS320LF2407A,DSP,末制导,伺服控制

参考文献

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