雷达系统（精选11篇）
雷达系统 篇1
机载雷达对抗仿真系统,主要仿真典型机载雷达对低空高速运动目标的探测过程以及低空高速目标对机载雷达实施有源干扰条件下机载雷达的性能变化。文中主要以F-16C/D的AN/APG68为仿真对象,低空高速目标主要以巡航导弹为仿真对象,雷达对抗系统的载体为巡航导弹或导弹外拖曳式干扰机。仿真系统模仿上述系统的电子对抗过程,通过系统仿真试验,评估巡航导弹的突防策略,指导外场试验方案设计。仿真基于WindowXP系统,使用VS2005 SP1编程,程序具有可扩展性。
1 仿真内容及模型
1.1 仿真内容
仿真内容包括以下两个方面:
(1)机载雷达系统仿真。仿真机载雷达主要功能,能够完成杂波背景下对低空高速目标的检测。雷达系统仿真的模式总体上分为空中探测模式和地面目标探测模式。
1)空中探测模式。
Range while Search (RWS)(边搜索边测距);
Track While Scan (TWS)(边跟踪边扫描);
Velocity Search (VS)(速度搜索);
Air Combat Manoeuvring (ACM)(空中格斗);
Situation Awareness Mode (SAM)(态势感知);
Single Target Track (STT)(单目标跟踪)。
2)地面目标探测模式包括。
Ground Mapping (GM)(地面测绘);
Ground Moving Target (GMT)(地面动目标)[1]。
(2)弹载有源干扰仿真。仿真单个弹载有源干扰机对机载雷达的干扰,包括压制性干扰和欺骗性干扰;压制干扰主要是多假目标压制干扰,欺骗干扰主要是距离欺骗干扰和速度欺骗干扰及距离速度同步欺骗干扰。主要包括随机距离假目标、随机速度假目标、随机距离速度假目标、距离假目标、速度假目标、距离速度联合假目标、距离拖引、速度拖引和距离速度联合拖引。
1.2 雷达系统模型
总体机载雷达仿真模型较为复杂,但可以建立一个基本的、可扩充的模型。现针对一个雷达的回波处理过程如图1所示。
1.2.1 回波信号建模
回波信号建模包括载机和目标信息的读取和回波信号的生成。仿真载机和目标的信息采用读取相应文档得到。首先通过读取文档得到载机和目标的基本位姿信息,根据当前仿真总体时间对载机个目标的航迹进行线性插值,得到较精确的位姿信息,然后计算得到载机和目标之间的相对距离、速度、方位和俯仰等信息。
雷达发射脉冲主要是线性调频,设雷达发射信号为
s(t)=Arect
式中,A为幅度;τ为脉冲宽度;f0为载频;K=B/τ为频率变化率;B为带宽;rect
rect
(2)
对于机载脉冲多普勒雷达,接收到的目标回波信号可以写为
s(t)=Arect
式中,td为延迟时间,
零中频正交双通道同相输出信号为
I(t)=Arect
正交输出信号为
Q(t)=Arect
其中,每个脉冲开始时t′=0。
1.2.2 信号处理及检测
得到的信号包含了噪声,对地模式还包含杂波等,这些对于信号检测不利,所以需要进行一系列的信号处理。
首先进行的是脉冲压缩。脉冲压缩就是在发射的宽脉冲内采用附加的频率或相位调制,以增加信号的时宽带宽积,这样,就将宽脉冲压缩到1/B宽度,从而可以在不损失雷达威力的前提下提高雷达的距离分辨力。脉冲压缩有两种方式,分别为时域相关法和频域法。两种方式本质上是一致的。在脉压D=Bτ比较大时,频域法的运算量远小于时域相关法[2],针对本系统,仿真采用频域FFT法[2]。
杂波对消是根据杂波的特性,去除杂波。进行杂波对消时采用将2倍的杂波数组的实部与虚部,分别和与其前后相邻的数组的实部与虚部之和进行相减。
1.2.3 数据处理
当检测到导弹目标后,经过确认转入跟踪,获取精确的弹头距离及角度信息。角度信息由和差支路获取。距离信息可采用数字内插法从波门面积中心获取。
可利用雷达目标的径向速度、位置等弹道信息、信号特征等,减少数据关联的模糊性,提高跟踪性能;加速初始化进程,提高目标参数的估计精度,减少点迹—航迹关联的模糊。
数据处理过程为:首先根据第一次的目标信息,按最大的速度进行预测此目标的下一个落足点,根据最大加速度预测误差量,形成一个误差圆环。第二次目标来临时,假定有目标落入此环内的话,那么关联成功,可以形成暂存航迹,根据两个点得到目标速度,再预测下一个点的落足点,假如下一次有点落入预测环内,就可以形成稳定航迹。若没有,发送确认报告,再次确认是否有目标,无则发送失踪报告,确认航迹终止[3]。
1.3 干扰模型
如上所述,仿真主要仿真欺骗干扰。总地来说干扰分为距离干扰和速度干扰。都是针对干扰机接收到的信号进行处理后再发射给载机雷达,从而达到干扰的目的。
1.3.1 距离干扰距离欺骗干扰
Rf≠R,αf≈α,βf≈β,fdf≈fd,Sf>S (6)
其中,Rf,αf,βf,fdf,Sf分别为假目标Tf在V中的距离、方位、仰角、多普勒频率和功率。距离欺骗干扰是指假目标的距离不同于真目标,能量往往强于真目标,而其余参数近似等于真目标。
对脉冲雷达距离信息的欺骗主要通过对收到的雷达照射信号进行时延调制和放大转发来实现,主要采用假目标干扰和距离波门拖引干扰[4]。
设Rf为假目标的所在距离,则雷达接收机内干扰脉冲包络相对于雷达定时脉冲的时延为tf=2Rf/C,当其满足
假目标的迟延时间tf=tf0+Δtf,tf0=2Rj/C。tf0是由雷达与干扰机之间距离Rj所引起的电波传播时延;Δtf则是干扰机收到雷达信号后的转发时延。一般情况下Rj是未知的,所以tf0是未知的,主要控制Δtf。
假目标的迟延时间是tf=tf0+Δtf,
(7)
式中,v为匀速拖引时的速度;a为匀加速拖引时的加速度。
1.3.2 速度干扰
满足对速度欺骗干扰参数的要求是
fdf≠fd,Rf≈R,αf≈α,βf≈β,Sf>S (8)
其中,fdf,Rf,αf,βf,Sf分别为假目标Tf在v中的多普勒频率、距离、方位、仰角和功率。速度欺骗干扰是指假目标的多普勒频率不同于真目标,能量强于真目标,而其余参数近似等于真目标。
速度波门拖引干扰的基本原理是:首先转发与目标回波具有相同多普勒频率fd的干扰信号[4]。然后使干扰信号的多普勒频率fdj逐渐与目标回波的多普勒频率fd分离,fdj的变化过程
(9)
其中,vf是拖引的分离速度;并且它不能大于雷达可跟踪目标的最大加速度vf≤2a/λ;a是雷达可跟踪目标的最大加速度;vf的正负取决于拖引的方向。
当0≤t<t1时,干扰信号多普勒频率是信号的多普勒频率。
当t1≤t<t2时,干扰信号多普勒频率是式(9)所示。
当t2≤t<Tj时,干扰机将会关闭。雷达跟踪的信号将会消失,且消失时间大于速度跟踪电路的等待时间和AGC电路的恢复时间,速度跟踪电路将重新转入搜索状态。
由于干扰能量大于目标回波能量,将使雷达的速度跟踪电路跟踪在干扰的多普勒频率上,造成速度欺骗,此时间长度按照最大频差δfmax计算。
t2-t1=δfmax/vf (10)
2 仿真流程
系统采用单机仿真。首先设置雷达参数、载机及目标航迹、干扰、导弹RCS、雷达天线图、杂波等参数,然后开始仿真。具体的仿真流程图如图4所示。
3 计算机仿真
雷达的主要指标有:工作频率:9.7～9.9 GHz;作用距离:150 km;扫描范围:方位±60°,仰角±60°;方位扫描:10°,25°,30°,60°;重复频率:HPRF,MPRF,LPRF;脉冲宽度:0.81～4 μs;波束宽度:笔形波束,方位3°,仰角4°;峰值功率:21.5 kW;处理机:信息存储100万个数据,处理速度14万次/s,可编程处理机3 400万次/s,波束锐化:DBS1 8:1,DBS2 64:1。干扰机参数:干扰机峰值功率:200 W;干扰机天线增益:10 dB;水平、垂直波束宽度:60°,瞬时带宽2～5 BW。
图5为仿真程序的主界面。
P显中会显示比较直观的目标信息,A显显示相对应的处理后的目标回波信息。A显上面的信息栏显示当前探测到的目标的所有信息。无目标则信息全部显示零。
若所选模式需要进行数据处理,则点击“视图”可以显示目标的暂存航迹和稳定航迹。
4 结束语
进行了F16机载雷达对抗系统的仿真。整个模型分为雷达系统模型和干扰模型。雷达系统模型研究了回波信号的产生、信号的检测方法以及对已经检测到的目标如何进行航迹处理。干扰模型研究了距离干扰和速度干扰。最后给出了仿真流程并进行了仿真。试验表明,系统可以很好地为机载雷达对抗系统提供方案论证和性能评估。
参考文献
[1]STEPHEN H.F4_AN-APG-68-v5Operations[M].Guide,Newyork:Chapman Hall CRC,2001.
[2]贺知明,黄巍,向敬成.数字脉压时域与频域处理方法的对比研究[J].电子科技大学学报,2002(4):120-124.
[3]徐玉芬.现代雷达信号处理的数字脉冲压缩方法[J].现代雷达,2007(7):61-64.
[4]赵国庆.雷达对抗原理[M].西安:西安电子科技大学出版社,1999.
[5]丁鹭飞,耿富录.雷达原理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.
[6]孙国基.计算机仿真技术[M].北京:国防工业出版社,1979.
欧洲猫系统中雷达数据融合研究 篇2
关键词：数据融合;一/二次雷达;欧洲猫自动化系统;卡尔曼滤波算法
中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）26-0059-02
1 自动化系统中的数据融合技术
在自动化系统中的雷达数据处理包括很广泛的内容，这里指的是雷达在取得目标的位置、运动参数据（如径向距离、径向速度、方位和俯仰危等）后进行的互联、跟踪、滤波、平滑、预测等运算。
对雷达测量数据进行互联、跟踪、滤波、平滑、预测等处理，以有效地抑制测量过程中引入的随机误差，精确估计目标位置和相关的运动参数（如速度和加速度等），预测目标下一时刻的位置，并形成稳定的目标航迹[1]。
滤波器是雷达数据处理中的核心部分。它对目标的量测（与目标状态有关的受噪声污染的观测值），有时也称为测量或观测进行处理以达到下述目的：
①利用时间平均法减少测量误差;
②估计目标的速度和加速度;
③预测目标的未来位置。
这里我们只介绍运用在欧洲猫自动化系统中的雷达数据线性滤波方法包括卡尔曼滤波（Kalman Filter，KF）[4]。
2 卡尔曼滤波算法
最早的雷达处理方法是19世纪初Gauss（高斯）提出的最小二乘法。1795年，高斯首次运用最小二乘法预测神谷星轨道，开创了用数学方法处理观测和试验数据的科学领域。
这种方法经后人的不断修改和完善，今天已经具有适于实时运算的形式。现在滤波理论是建立在概率论和随机过程理论的基础之上的。
最早的滤波技术采用维纳滤波，但是维纳滤波只能应用于线性系统中，因为表示维纳滤波的脉冲响应只对线性系统有意义。由于这些问题的存在，使维纳滤波理论在工程上的应用受到很大限制。
由于跟踪精度和抗干扰的要求，20世纪50年代又出现了单脉冲雷达，该雷达在目标定位方面更加精确。60年代以后随数字技术和估计理论的发展，出现了数字跟踪系统。
在理论方面，Kalman（卡尔曼）等人将状态变量分析方法引入滤波理论中，得到了最小均方误差问题的时域解。
卡尔曼滤波理论突破了维纳滤波的局限性，它可用于非平稳和多变量的场合，而且卡尔曼滤波具有递推结构，因此特别适合于计算机计算。
由于这些原因，卡尔曼滤波已成为数据处理的主要技术。
用线性离散系统表示，假定在k时刻，系统目标状态变量为，则系统的状态方程为：
X（k）=A（k，k-1）X（k-1）+B（k，k-1）U（k-1）（1）
其中，A为k时刻的状态矢量;
（k，k-1）是系统参数，对于多模型系统而言;
（k-1）为状态转移矩阵;
B（k，k-1）为系统控制矩阵;
U（k-1）为系统的零均值的高斯白噪声，它的方差为Q，设k时刻系统的观测矢量为，则观测方程为：
Z（k）=HX（k）+V（k）（2）
其中，H为k时刻观测矩阵;
V（k）为零均值的高斯型的测量噪声，方差为R。
则根据卡尔曼滤波更新，在k时刻的预测状态为：
X（k|k-1）=A（k，k-1）X（k-1|k-1）（3）
其中，A（k，k-1）表示k-1时刻对k时刻的状态估计值;
X（k-1|k-1）为k-1时刻平滑过后的状态结果值。
对于k时刻的状态做了预测之后，我们需要根据k-1时刻平滑值存在的可能偏差和k时刻预测值的偏差估算k时刻平滑值的偏差，则用协方差矩阵表示可得：
P（k|k-1）=？渍P（k-1|k-1）？渍T+Q（4）
式子（3），（4）就是卡尔曼滤波算法前两个公式，也是对系统的预测，现在我们有了现在状态的预测结果，然后我们需要再收集系统对现在状态的测量值，结合预测值和测量值，我们可以得到k时刻平滑后的真实值：
X（k|k）=X（k|k-1）+K（k）·[Z（k）-·H·X（k|k-1）]（5）
上式中，为k时刻的滤波增益矢量（也被称为卡尔曼增益），它取决于预测协方差和预测值协方差之比，由滤波增益方程可得：
K（k）=P（k|k-1）·HT·[H·P（k|k-1）·HT+R]-1（6）
到现在为止，我们得到了k时刻状态下的平滑值X（k|k），但是自动化系统中对于航迹的推测是不断运行下去直到航班落地或是飞离管制区，所以我们还需要更新k时刻平滑值存在的偏差协方差：
P（k|k）=（1-k（k）·H）·P（k|k-1）（7）
公式（3）～（7）即为离散型卡尔曼滤波算法的基本方程，它能将不同时协方差不断递归，从而得出平滑值，卡尔曼滤波算法运行地很快，而且它只保留了上一时刻的协方差值，卡尔曼增益也会随着不同的时刻而改变自己的值，从而能根据上一时刻的平滑值和该时刻的测量值推算出该时刻的平滑值。
同时根据公式（5），我们可以得到平滑值的估计误差为：
ek=Z（k）-H·X（k|k-1）（8）
以上是针对单部雷达送过来的数据信号而言，华东地区的现接入到系统中的雷达数有28部，所以在各部雷达对所测目标进行数据处理之后，还需要与其他27部雷达进行时间校准，进行加权融合之后才能得到k时刻目标状态平滑值X（k），以及协方差P（k）。
3 改进的卡尔曼滤波算法
在欧洲猫自动化系统的原始设计中，基于导航精度和系统当时所能承受的计算量的考虑，采用卡尔曼滤波算法。
观察卡尔曼滤波算法的公式，发现公式（4）和（6），出现了高斯白噪声参数Q和R，在理想状态下，我们假设这两个参数不随系统状态的变化而变化（即使是多雷达探测情况下，我们也假设这两个噪声方差阵是根据标定参数确定的定常矩阵）。
而在实际情况下，由于航班在飞行过程中时时存在空中姿态、飞行速度、高度层穿越等状态变化，环境等因素必然在急剧地变化，固定的Q和R并不能准确地反映实际系统的噪声情况。
而且在随机数学当中，式子（8）得出的误差值应该符合正态分布，但当Q，R变化过大时，就会导致误差量与正态分布不符，即卡尔曼滤波不再是最优化的估计算法，继续观察公式（4）和（6），发现在这两个参数出现的时候，我们可以通过对平滑值协方差和高斯噪声参数进行加权来改进卡尔曼滤波算法，由此我们得出下式：
P（k|k-1）=α？渍P（k-1|k-1）？渍T+βQ（9）
其中，α+β=1，通过改变α和β值，我们就能够协方差值进行调整，而且为了满足（8）符合正态分布的要求，我们可以在程序中设置条件函数来选取满足该要求的α和β值，从而保证改进的卡尔曼滤波算法仍然是最优化的滤波算法。
4 结 语
本算法从理论上对欧洲猫自动化系统卡尔曼滤波算法进行改进，从理论上推测该算法能够更加实时地推测出系统航迹所在位置，为管制员提供更高质量的雷达信息。
参考文献：
[1] 李洪志.信息融合技术[M].北京：国防工业出版社，1996.
[2] 周宏仁.机动目标跟踪[M].北京：国防工业出版社，1991.
[3] MARK HEW ISH. Pilotless progress report2UAVs have made
exceptional strides recently[J].INTERNA2TIONAL DEFENSE REV
搜索雷达终端系统设计 篇3
1 终端系统的功能与组成
雷达终端系统主要完成目标参数录取、数据处理、显示和控制等基本功能。是雷达系统中重要的人机交互界面, 是雷达操作员的主要控制设施。主要由显控处理机、信息显示器和输入装置三部分组成。
显控处理机由主处理机、图形控制器、通信网络接口、I/O接口组成。一般采用高性能计算机作为主处理机, 它具有较强的数据处理能力和支持网络通信接口、I/O接口的扩展能力。
信息显示器用于态势显示、状态显示、表格显示等。该显示器被设计为单台显示器, 一般使用高分辨率、彩色、液晶、加固的平板显示器。
输入装置主要包括数据输入装置、控制输入装置等。数据输入装置主要包括字符数字键盘, 用于系统初始数据输入、表格调用及控制台上的自由格式信息输入。控制输入装置包括各种控制按键。
显示和控制系统作为雷达指挥控制系统的主要人机交互界面, 一方面它将经综合后的各种情报信息以图形、数据、文字、信号及图像的形式提供给雷达操作员, 同时也接受操作员的决策和控制指令。终端系统在雷达的各个状态都是监视和控制中心。
现代雷达终端系统要在雷达信号处理的基础上判定目标的位置, 还要显示信号处理上报的目标距离、角度、经向速度等信息, 还需要对目标的信息进行滤波处理, 形成目标航迹。由于雷达终端系统是由雷达操作员控制, 因此, 雷达终端的设计要尽可能简单、使用方便。
2 终端软件设计
2.1 开发工具介绍
本文介绍的搜索雷达终端系统的软件是由Delphi7开发完成的。Delphi是美国Borland公司开发的可视化软件开发环境, 提供了方便、快捷的Windows应用程序开发工具。Delphi7的集成开发环境主要包括主窗口、组件面板、工具栏、窗体设计器、代码编辑器、对象观察器和代码浏览器7个部分。Delphi7最显著的特点是高效性和稳定性, 主要体现在以下4个方面:可视化开发环境的性能;编译器的速度和已编译代码的效率;编程语言的功能及其复杂性;丰富的VCL。
2.2 显示设计
本雷达终端系统采用单显示器, 软件显示窗口包括目标指示窗口和控制窗口。其中目标指示窗口主要显示目标的航迹信息, 控制窗口显示控制命令、选定目标信息和系统状态。
目标指示窗口分为两个子窗口, 其中一个界面显示目标方位和距离信息, 另一个界面显示目标的俯仰和距离信息。通过这两个界面可以得到目标的三维信息。
控制窗口分为参数设置、目标信息和系统状态三个子窗口。其中参数设置窗口由雷达操作员控制, 可以控制雷达系统的工作状态、寂静设置、工作频率、数据保存和数据回放。其具体参数如表1所示。
工作状态中的“快速扫描”是指雷达天线采用最快的转速, 这种情况下, 雷达的数据率较高, 适合目标较近, 需要快速刷新目标信息的情况。“正常工作”是指雷达运转在正常模式下, 天线转速适中, 雷达的数据率适中, 适合常规警戒时使用。“远区搜索”是指雷达天线采用最慢的转速, 这种情况下, 雷达数据率较低, 但是雷达信号积累时间延长, 雷达可以检测出更远距离的目标, 适合目标较远, 需要更早发现目标的情况, 或者是目标较小, 需要准确测量目标信息的情况。
而对于目标信息显示窗口, 在目标指示窗口中的方位距离子窗口选定目标后, 俯仰距离子窗口显示相应目标的俯仰与距离的关系, 同时目标信息显示窗口显示选定目标的距离、方位、俯仰、速度、目标类型等信息。
系统状态窗口显示搜索雷达的工作状态, 也可以在此窗口中预留扩展接口和菜单。
2.3 显示效果
经过上面的论述, 利用Delphi7开发的软件终端显示界面如图1所示。
从图1可以看出, 这种搜索类的终端界面左侧和右上部分为目标指示窗口, 其中左侧为方位距离子窗口, 右上部分为俯仰距离子窗口。右下部分为控制窗口, 分为参数设置、目标信息和系统状态三个子窗口。点击相应窗口栏显示相应的窗口信息。
3 结语
本文介绍了一种搜索雷达终端系统的设计。该终端界面采用Delphi7开发, 分为目标指示窗口和控制窗口两个部分。可以显示搜索雷达的探测范围, 导入地图信息后, 可以真实体现雷达的巨大功能。该终端系统设计简单, 操作方便, 可以满足简单的搜索雷达需求。
摘要：笔者设计了一种搜索雷达终端系统。该系统是重要的人机交互界面, 笔者在分析了搜索雷达终端系统的功能和组成后, 介绍了此终端系统界面的开发工具Delphi7。该终端界面分为目标指示窗口和控制窗口两个部分, 在说明了每个部分的功能后, 给出了整个终端界面的显示效果图。
关键词：搜索雷达,终端,delphi
参考文献
[1]杨长春.Delphi程序设计教程[M].北京:清华大学出版社, 2008.
[2]刘代.基于Direct Draw的雷达终端设计[J].火控雷达技术, 2009 (1) :97-100.
雷达系统 篇4
多普勒天气雷达强对流实时监测系统
伊犁河谷多发局地中小尺度强对流天气.对雷达产品进一步开发,使其在实际工作中得到充分应用.减轻工作人员的`劳动强度和避免发生责任性事故.对多普勒雷达产品的深入研究,为新一代天气雷达本地化的综合应用打下了基础.
作 者：江新安 作者单位：伊犁州气象局,新疆,伊宁,835000刊 名：沙漠与绿洲气象英文刊名：DESERT AND OASIS METEOROLOGY年，卷(期)：20093(z1)分类号：关键词：多普勒天气雷达 系统开发 业务应用
雷达系统 篇5
关键词：相控阵雷达；波束控制；电源分配
中图分类号： TN958.92 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）17-143-2
0 引言
某相控阵雷达天馈线结构紧凑，阵面由两个一维正交线阵构成。波控系统通过控制两个一维线阵阵面共96路T/R组件，实现在方位和俯仰方向上的波束扫描。同时结合天线的机械扫描，可实现雷达的全空域立体扫描，具有很高的灵活性。由于雷达天馈线阵面空间较小，波控系统在保证准确快速布相的同时，需要进行集成化轻小型设计，节省系统资源并提高稳定性[1]。
本文提出一种基于FPGA+DSP架构的集成式波控系统方案，在满足相位控制、同步控制、数据传输和自检信号处理等功能的基础上，还将雷达工作必需的定时控制和电源转换分配部分集成在一起，以实现结构紧凑，轻重量，高可靠性的一体化要求。
1 波控系统方案设计
从系统功能模块划分来看，主要由波控、定时控制和电源转换分配三个模块组成，如图1所示。波控系统接收雷达微波源提供的时钟基准信号，完成雷达整机定时控制；接收上位机的信息中心控制指令及数据，实现T/R组件波束布相控制，同时向上位机反馈T/R组件状态及温度数据和故障信息；DC-DC电源转换分配，为雷达其他各分系统或模块提供低压DC电源。
由天线阵面结构可知，波控系统安装在十字型天线体内，空间较为紧凑。综合考虑系统的物理结构和布相时间，该系统设计为由波控1、波控2（对应方位线阵）、波控3和波控4（对应俯仰线阵）四部分电路共同完成系统功能。为降低电路成本和增加系统可靠性，该系统采用设备量少、维修方便、可靠性高的集中与分布式相结合运算、分布式驱动体系。其中波控1模块基于DSP+FPGA方案设计，波控2～波控4电路由FPGA独立控制。
在波控1的电路中，DSP根据方位波束指向角，俯仰波束指向角，工作频率等信息，分别计算出线阵所有单元方位、俯仰方向的馈相梯度，公式如下：
式中θ、γ分别表示方位、俯仰线阵的波束指向角，dx、dy分别表示方位和俯仰线阵相邻移相器之间的距离。
在波控1～波控4电路中的FPGA根据从DSP传来的馈相梯度及事先存放在各自RAM中的对应单元的相位补偿码，依据各个单元的排列顺序按照公式（3）、（4）计算出每个单元的布相码，完成波束的控制。
式中m、n为阵面单元相对坐标原点的位置坐标，Δ?、Δ?为各种因素下引入的总相位误差的相位补偿码[2]。
定时控制模块接收上位机输入的控制命令，采用频率合成单元输出的基准源时钟信号作为基准，分别产生系统所需的方位触发脉冲与俯仰触发脉冲等定时信号。设计中，定时控制模块与波控1模块一起位于方位1波控分路电路板上，共享一片FPGA资源。
1.1 硬件设计
波控和配电系统的电路设计在4块印制板上。波控1电路主要由FPGA控制模块、DSP计算模块、高速串口通信电路、时钟管理模块、电平转换电路以及外围驱动电路组成，波控2～波控4电路相同，与波控1电路区别在于没有DSP模块，波控原理框图如图2所示：
所有外部接口的输入/输出均通过FPGA进行通信。FPGA接收上位机送来的控制命令和方位波束指向角，俯仰波束指向角，工作频率的数据信息，将其送至DSP，DSP通过32位数据总线和地址总线与FPGA相连，DSP根据方位波束指向角，俯仰波束指向角，工作频率计算出馈相梯度，并将结果送回FPGA，FPGA接收DSP的馈相梯度数据，根据各移相单元在阵面中的坐标位置计算移相码，最后与该状态下的相位补偿码相加并将结果存入内部存储器中，按照T/R组件的时序要求通过接口驱动电路送至各移相单元。
1.2 软件设计
本波控系统采用集中-分布式计算的波束控制方法。在程序开始时，首先对波控系统端口进行自检，根据自检结果判断系统是否能正常工作。如果检测结果不正常，则在检测命令收到后将检测信息上报上位机，同时端口对组件的控制端口以保护组件。如果检测结果一切正常，则将波控对组件端口配置为初态下，然后系统进入等待，等待雷达控制指令。
波控算法是本波控系统的一个重点控制过程。雷达系统的控制指令和数据传递通过高速串口完成。响应中断后，接收来自雷达控制的全部波控指令，根据指令字中的模式判断进入不同的工作状态。
在波控运算模式下，首先从RAM中根据频点读取相应的移向补偿，衰减补偿，然后根据波控控算法计算相应组件的移向值、衰减值，最后将计算结果送组件根据定时进行控制。
波控置数模式是组件检测的特殊方式，在这种模式下，首先从上位机命令字中直接获得指定组件移向、衰减、开关状态等数据送给组件进行控制，然后能够将波控送出的数据读回上位计算机。
在波控自检模式下，首先将组件端口状态读回，端口状态与波控内部设定的存储器结果比较，判断波控对组件的控制状态，检测完成将检测结果上报给上位机。
2 配电系统设计
整个系统集成了雷达整机的电源分配系统。该配电系统采取两级变换，中心分配设计理念。50Hz380V的工业级电源输入，经过配电箱完成滤波、分路、DC-DC转换，产生DC300V供给波控板上的电源转换分配单元；电源转换分配模块部署于四块分路板上，将DC300V电源转换成多路低压DC电源，送给雷达其他各用电单元。
DC300V输入电源按9千瓦考虑，波控1板除了为T/R组件和自身供电外，还需对微波源、接收系统、上位机供电；波控2除了为T/R组件和自身供电外，还需为伺服、风机等系统供电；波控3与波控4则只需为T/R组件和自身供电。
3 结束语
本文结合相控阵雷达的特点及实际工程需求，给出了基于FPGA+DSP架构的某型雷达波控系统设计方案。本设计在满足高速、实时性相位控制功能基础上，将雷达工作必需的定时控制和电源转换分配部分以电路形式集成在一起，具有结构简单紧凑、多功能一体化，灵活性与可靠性高的特点，为雷达的高机动、小型化和通用化发展趋势提供了技术保障。
参 考 文 献
[1] 陈琛，张宇驰.基于FPGA的机载波控系统设计[J].现代雷达，2010（05）.
雷达信息管理系统设计与实现 篇6
电子战[1]电子对抗装备软件是电子对抗装备的中枢, 是电子对抗装备的关键组成部分, 而雷达作为电子战中重中之重的组成部分, 其数据已经成为电子装备武器系统设计、改进以及实际作战应用的基本依据。无论是电子装备设计方, 还是电子装备作战应用的军方, 都迫切希望在国内有一套数据齐全、查阅方便并能不断更新的雷达信息数据库[2,3]。
1 功能设计
1.1 系统总体结构
电子战数据库[4]总共包含3部分数据信息。
1.1.1 雷达一般信息
该部分信息主要有:雷达型号、雷达用途、雷达所属平台类型、外观图片、简要说明等信息。
1.1.2 雷达战术指标信息
该部分信息主要有:雷达导弹类型、雷达干扰技术分类、雷达信号处理方法和雷达目标检测能力等信息。
1.1.3 电子战战例信息
该部分信息主要包含已有的雷达战的战例信息。
1.2 系统功能模块介绍
系统需要提供对以上三类信息的查询和维护, 同时还要具有安全登录和用户信息管理等其它功能。按照实际功能需求, 将系统分为7大功能模块。
(1) 系统登录模块
系统提供一个简洁的登录界面, 用户输入正确的ID和密码即可登录。
(2) 用户管理模块
在用户管理模块中, Administrator可以对用户信息进行增加、修改、删除、查看等操作。
(3) 权限管理模块
对角色权限的级别加以初始化。比如Administrator, 系统录入人员, 操作人员等等;Administrator可以设置其他操作人员的具体权限。
(4) 雷达信息功能模块
该模块包括雷达查询子模块和雷达信息维护子模块。
2 雷达信息查询子模块
在雷达信息查询模块中, 用户可以从雷达一般信息, 战技术指标信息, 战情信息3部分查询条件中选择一部分进行查询, 在雷达信息查询模块中, 首先可以针对给定字段查询相关信息, 亦支持组合查询等高级查询模式, 如图1所示。
系统将查询条件分门别类, 不仅方便了用户查询信息, 而且丰富了查询的条件, 使界面更加简洁, 本系统具有以下特点:
(1) 使用了动态生成控件的方法, 包括查询条件控件和查询结果控件均为动态生成的。在Delphi[5]环境下实现控件的动态生成需要完成三部分工作:类引用类型的声明、动态生成控件方法的实现以及新生控件句柄的获取。
TControl Class类型就是一个类引用类型。它可以兼容TControl类及其子类的所有类型。又因为TControl类是所有可视化控件类的父类, 所以TControl Class变量可以兼容所有可视化控件类。具体实现代码如下:
(2) 在查询处理方面, 可采用二次查询方法。用户可以在一次查询的基础上对查询结果再次筛选, 使查询结果更加精确。
(3) 在界面显示方面采用伸缩树状图方式。可伸缩的树状图和动态生成数据的方法在界面空间有限的情况下, 完整而美观地将雷达数据展示给用户, 不仅如此, 树状图还把雷达的各种信息进行归类, 方便用户进行查找。一旦确定了查询结果, 查询界面的左下方就会生成一个数据齐全的可伸展的树状雷达指标, 点击树状图雷达指标就会在树状图右边动态生成雷达的详细信息。
(4) 在树状图点击雷达指标节点显示时, 可以使用文档式输出。在雷达信息系统数据库中, 某些方面数据比较少, 在分布式显示中就会有很多数据处于灰度状态, 为此, 系统设计了文本式显示雷达详细信息的方式来解决这个问题, 如图2所示。文档式输出只显示数据库中有数据的雷达数据项, 方便了用户对不同的雷达信息进行灵活处理, 输出结果让人一目了然。此外雷达详细结果还可以存档为txt/word格式文件, 方便保存。
3 雷达信息维护子模块
该模块的主要功能为实现数据库中数据[6]的维护工作, 其中包括对数据库中数据的增加、删除、修改等工作。关于雷达信息的填写, 需要完成三大部分的信息:雷达基本信息、战术指标信息, 以及战情信息。由于在数据库中, 某一种雷达型号的雷达对应上述雷达信息的关系包括“一对一”和“一对多”, “一对一”模式下, 当雷达装备型号确定时, 雷达参数信息也就确定了;而“一对多”模式下, 某一雷达型号的信息可能有有限限项元组, 举例说明:某一种雷达型号的雷达可能最多拥有四种工作方式:搜索、跟踪、监视、制导。而不同的工作方式对应的战术指标信息是不同的。雷达信息维护界面应用了不同的表现方式实现对这些雷达参数信息的维护。
在数据库中, 对于雷达一般信息这种只需要一张数据表的数据信息, 系统选择单主键来建表, 而对于雷达工作方式这种需要用到多张数据表的数据, 系统选择双主键对数据进行存储, 这样就可以对数据量比较大的雷达数据进行合理的分类存储。
在界面设计上, 维护界面使用分页方式来对数据进行添加和修改, 对于“一对多”的数据, 本系统应用了Check Box控件与Group Box控件组合来实现数据处理, 如图3所示。
(1) 数据交换模块
为相关其他项目提供标准格式的程序访问接口及数据。其中, 主要通过开放的数据库表结构为仿真软件等其他应用程序提供数据支持。
(2) 打印报表模块
系统支持将查询结果导出为Excel文件, 或者TXT文件, 方便用户按照其需求选择不同的打印方式。
(3) 数据库模块
数据库模块包括以ORACLE 10G数据库平台搭建的雷达信息数据仓库以及软件部分中对数据库驱动的ADO系列控件。该模块的作用是储存雷达参数信息, 并在执行增、删、改、查时驱动数据库, 保证顺利执行操作。
4 系统总体结构
作为面向对象的系统, 设计了数据层TDMCapa类、业务层TSql Ex类、界面层TFrm Qry等类, 并在此基础上构建了3层体系构架[7]。
本课题选择三层架构的原因为:三层设计的思路最开始的出发点就是如何把看似凌乱的功能和代码梳理得井然有序。分层的实质就是把整个系统分解为由浅入深、由表层界面到核心数据的若干个模块的实现解耦合过程。这样做会让层与层之间的关联更加清晰也更容易维护, 而在每一层的内部其逻辑功能也更为紧凑。不仅如此, 由于底层模块为其顶层模块提供服务的设计思路也实现了若干顶层模块调用相同的底层模块的功能上的复用, 从而也减少代码量而提高了工作效率。层次关系如图4所示。
数据层TDMCapa类作为业务层TSql Ex类的私有成员类型出现, 换而言之就是数据层类作为业务层类的一个私有成员实例化。同理, 业务层TSqlRadar类 (TSql Ex的子类) 也作为界面层TFrm Qry等类的私有成员出现并被实例化。这样用户在操作界面对象时, 界面对象就可以调用其私有成员即业务层对象, 进而调用数据层对象, 最终实现对雷达信息数据的增加、删除、修改、查询等功能。
5 数据库的设计和实现
本系统的数据库[8]字段选择主要依据现阶段雷达等电子对抗设备涉及参数的需要, 并结合了一般雷达具有的基本信息。本系统数据库涉及到六部分的雷达参数信息:
(1) 雷达装备一般信息。
(2) 战术指标信息。
(3) 接收机发射机信息。
(4) 信号处理方法。
(5) 工作模式信息。
(6) 天线参数信息。
雷达信息涉及很多方面, 系统数据库采用分类列表设计方法, 字段数量巨大, 框架结构清晰, 这是一般的雷达信息数据库所不具备的。
数据库总体结构如图5所示。
其中, 雷达装备一般信息包括雷达型号、研究国家和地区、研制日期、平台类型等信息。战术指标信息包括:雷达探测距离、距离分辨能力、俯仰分辨能力、雷达的目标检测能力等等。本系统默认每一种雷达型号的雷达最多携有三个雷达发射机和接收机。雷达接收机信息包括中频、带宽、馈线损耗等信息;雷达发射机信息包括中频、带宽、馈线损耗等信息。在信号处理方法中, 每一雷达型号的雷达可以具有多个信号处理方法, 其中包括:二次数据处理、距离跟踪、SLC/SLB、CFAR、视频积累、MTD、MTI, 和脉压参数信息。不同信号处理方法会对应不同的参数信息, 例如数据处理方法、CFAR类型等等。
雷达的工作模式信息分为脉冲波雷达与连续波雷达两种。其中, 当该雷达为脉冲波雷达时, “射频类型”、“脉冲宽度调制”、“脉内调制”、“脉冲间隔类型”关系结构将与该雷达产生联系;当雷达为连续波雷达时, “频率分集”、“噪声调制”、“相位编码”、“射频调频”等信息与其产生联系。
本雷达管理信息系统数据库中雷达参数信息主要包括天线方向图类型、天线扫描种类两个部分。其中, 天线方向图类型在“sin (x) /x”、“Gaussian”, “Cosec2”选择一种天线方向图类型;天线扫描种类在“相控阵扫描”、“圆周扫描”、“扇形扫描”、“删型扫描”、“螺旋扫描”、“边扫描边跟踪”、“圆锥扫描”、“渐开线扫描”、“隐蔽锥扫”、“天线扫描”中选择一种天线扫描种类信息。并且, 不同的天线扫描种类或天线方向图类型对应着不同的参数信息。
6 结束语
“雷达信息管理系统”[9,10]迎合了当代信息化电子化战争的需要, 设计并实现了雷达专业信息的管理信息系统。本系统作为现阶段较为全面的雷达关系信息系统, 在兼顾性能稳定、易维护、易升级的基础上, 尽可能囊括现阶段雷达和电子对抗设备的全部参数信息。应用本系统, 用户不仅可以高效地查询所需雷达的全部参数信息, 而且能及时、快速地增加、删除、修改相应的雷达信息。大大提高了工作效率, 并能有效地纠正雷达信息录入人员的录入错误。
摘要：雷达信息数据库能够及时为作战人员和工程技术人员在电子战中提供相关的数据齐全的电子战雷达系统信息。基于Delphi7.0和Oracle10g数据库, 设计开发雷达信息管理数据库系统。在Windows环境下提供友好的用户界面, 方便了数据信息的检索和维护, 增强了系统的安全性, 提供用户信息的管理和数据库维护操作的记录管理, 基本满足了电子战信息查询的实际需求。
关键词：电子战,Oracle10g,数据库
参考文献
[1]丹梅, 王雪松, 鲜明, 等.雷达电子战半实物仿真系统中的数据库技术[J].航天电子对抗, 2002 (2) :8-13.
[2]Pau-raj Ponniah.数据库设计与开发教程[M].韩宏志, 译.北京:清华大学出版社, 2004.
[3]路川, 胡欣杰.Oracle10g宝典[M].北京:电子工业出版社, 2006.
[4]董凯, 徐吉辉.雷达对抗仿真系统中雷达数据库设计与实现[J].海军航空工程学院学报, 2010, 25 (1) :19-23.
[5]张宏林.Delphi程序设计与开发技术大全[M].北京:人民邮电出版社, 2004:1-152.
[6]Yang Pei, Mei Yong-hua, Kang Peng, et al.The Design of a Reference Sphere RCS Database System of a Radar System[J].Electronic Science and Technology, 2009, 22 (12) :60-62.
[7]Shen Xiao-yan, Ding Wen-rui.Design of software for UAV ground control system based on VC++[C].1st Asia Pacific Conference on Postgraduate Research in Microelectronics and Electronics, Shanghai, 2009:440-443.
[8]Ji Yuan, Xiao Hua-feng.Discussion of Oracle database application in telecontrol system[J].Computer Engineering, 2008, 25 (7) :66-67.
[9]Li Qing-quan, Li Bi-jun, Chen.Measurement technology of radar and its applied research[J].The journal of Wuhan Technical University of Surveying and Mapping, 2009, 25 (5) :387-392.
雷达系统 篇7
1干扰效果评估形式和体系分析
基于现有雷达应用系统的差异性, 在系统评估过程中要明确应用机制的效果, 并从多个角度对其进行优化分析。以下将对干扰效果评估形式和体系进行分析。
1.1干扰效果概念
干扰效果评估指的是现有应用系统中存对其他电子信息系统造成的干扰, 在优化设计阶段能对电子信息系统、电子设备或人员所产生的干扰、损伤或破坏效应进行的定性或定量评价。基于效果评估的差异性, 在设计阶段必须明确干扰程序, 并遵循现有的应用依据, 使其适应系统评估的应用体系和干预形式。在整体性干预阶段可以明确监测形式和干扰效应, 对应用指标进行系统的分析, 并在实践中明确应用机制。
1.2干扰效果应用机构
针对固定设计形式的差异性, 在优化评价的过程中要明确运用形式的组成方式。但是现有的评估方法和固定变形形式存在一定的差异性, 在优化设计阶段必须考虑到应用模式的特点, 使其适应雷达应用系统的本质性要求。在设计阶段需要对雷达对抗侦察系统的干扰效果进行系统的评估, 使其适应应用机制的本质性要求。更重要的是确定合适的评估准则以及构建合理、可信的干扰效果评估指标体系。
1.3干扰效果评估原则分析
当前对于现有的评估管理形式, 其应用原则存在一定的差异性, 在优化设计过程中必须兼顾到设计形式的应用形式, 使其满足系统设置的本质性要求。其中涉及到信息准则、功率准则、效率准则等, 在设计过程中要严格按照固定的设计形式对其进行优化分析。首先是信息干扰准则, 涉及到被干扰者和干扰者两个方面, 在系统设计阶段必须从多个角度对其进行分析, 不断减少影响因素。但是在对抗干扰阶段, 雷达的干扰形式对整体应用效果存在一定的阻力。其次是功率准则原则, 在应用阶段需要明确干扰程序和方式, 不断减少应用压力, 使其在符合建筑形式的本质要求。对雷达进行实施和干预的过程中要不断优化干预信息, 对接受程序进行调整。效率准则需要在第一时间获得雷达辐射的信心, 包括定位目标、战略形式和功率准则等, 选择适当的干预体系不断对应用程序进行干预。
2雷达对侦察系统干预效果的评估
基于干扰指标和应用机制之间的差异性, 在整体评估过程中必须不断减少干预因素的影响, 使其满足应用形式的本质性要求。在优化建设阶段要了解干预评估形式, 并按照固定的设计形式和应用理念对其进行优化分析。以下将对雷达对侦察系统干预效果的评估进行分析。
2.1明确指标应用系统
指标管理体系在整个应用阶段起到至关重要的作用, 在优化建设过程中必须减少干扰因素的影响, 使其满足现有管理机制的本质性要求, 满足建设管理形式的要求。在系统建设过程中评估效果起到至关重要的作用, 要以现有的变革形式为目标, 实现效果评估体系的顺利进行。但是现有的管理程序和干扰指标之间存在一定的差异性, 需要以固定的应用机制为研究点, 满足应用系统的建设需求。整个优化过程中必须构建合理有效的指标管理体系, 使其满足系统建设的要求。
2.2对应用形式进行扩展
在现有系统建设阶段需要明确抗侦察系统的应用形式, 不断降低管理能耗。在基本工作形式应用阶段要以雷达侦察系统为主, 不断优化建设形式, 减少干扰形式的干预, 使其发挥理想的作用。由于现有的雷达系统在应用阶段受到的干扰性比较大, 因此在优化设计阶段需要从现有设计形式入手。其变频管理形式和背景发展形态有一定的联系, 保证系统在有无干扰条件下, 能够正常获取正确信息的空域范围减小程度。
2.3应用形式的监测
基于现有发展模式的差异性, 在控制阶段需要对应用形式进行合理的分析, 使其适应应用机制的相关要求。在具体设计阶段需要明确错误诊断率, 如果存在严重的系统控制不当或者监测形式不合理的情况, 则需要及时对其进行优化分析。在系统设计阶段涉及到干扰系统的影响, 必须在固定的指标评价形式的要求下, 对应用功率进行分析。干扰信号越前强则说明符号的应用功率越小。干扰效果指标合常规性应用指标存在差异性, 必须对参数形式进行优化分析, 使其适应系统应用效果的相关要求。如果信号本身比较复杂, 雷达在对其进行处理的过程中会耗费大量的实践, 这样会直接对信号的干预效果产生影响, 就降低了其时效性。
3结束语
针对当前雷达对抗侦察系统的干预效果, 在整体应用和控制过程中必须树立正确的评价管理机制, 使其满足系统设置的本质性要求, 并在执行阶段合理执行。电子应用系统对抗干扰形式存在一定的差异性, 在优化设计过程中必须体现出设计的合理性。在技术应用阶段采用Vague集理论和隶属度函数为基本依托, 在后续程序发展中能对干扰效果做出直接合理有效的评估, 进而不断提升应用标准的干预效果。
参考文献
[1]杨军佳, 毕大平, 莫翠琼.雷达对抗侦察系统干扰效果评估的模糊推理方法[J].火力与指挥控制, 2011, 12 (12) :99-101.
[2]杨军佳, 林钰, 毕大平, 王天云.基于PDW加权相对距离的侦察系统干扰效果评估[J].航天电子对抗, 2013, 08 (12) :189-191.
[3]陈明辉.弹道导弹防御相控阵雷达欺骗干扰效果仿真与评估研究[D].国防科学技术大学, 2013, 09 (12) :280-281.
小议汽车雷达系统及其应用技术 篇8
1 超声波距离测距
它利用超声探测原理, 在司机倒车时, 能正确的从数码显示器上了解汽车尾部与障碍物之间的距离。当测距显示小于报警距离时, 还能准确报警, 及时提醒司机刹车。超声波一般指频率在20k Hz以上的机械波, 具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。工作时, 超声波发射器不断发出一系列连续的脉冲, 并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。超声波接收器则在接收到遇障碍物反射回来的反射波后, 也向测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理, 自动计算出车与障碍物之间的距离。超声波测距原理简单, 成本低、制作方便, 但其在高速行驶的汽车上的应用有一定局限性, 这是因为超声波的传输速度受天气影响较大, 不同的天气条件下传播速度不一样;另一方面是对于远距离的障碍物, 由于反射波过于微弱, 使得灵敏度下降。故超声波测距一般应用在短距离测距, 最佳距离为4~5m, 一般应用在汽车倒车防撞系统上。
2 毫米波雷达长距离测距
为了更好的适应道路交通状况, 解决盲区视野问题, 在日本和美国开展了大量的工作。如应用毫米波雷达CCD摄像检测交通状况, 根据危险程度改变直观信号的音调、颜色和位置, 并在显示器中显示。实现高度智能化, 极大的改善车辆的安全性。
雷达是利用目标对电磁波反射来发现目标并测定其位置的。汽车上应用的雷达采用的是30GHz以上的毫米波雷达。毫米波频率高、波长短, 一方面可缩小从天线辐射的电磁波射束角幅度, 从而减少由于不需要的反射所引起的误动作和干扰, 另一方面, 由于多普勒频移大, 相对速度的测量精度高。在汽车上应用毫米波雷达测距, 探测性能稳定, 环境适应性能好。
3 激光测距
激光测距装置是一种光子雷达系统, 它具有测量时间短、量程大、精度高等优点, 在许多领域得到了广泛应用。目前在汽车上应用较广的激光测距系统可分为非成象式激光雷达和成象式激光雷达。非成象式激光雷达根据激光束传播时间确定距离。它的工作原理是:从高功率窄脉冲激光器发出的激光脉冲经发射物镜聚焦成一定形状的光束后, 用扫描镜左右扫描, 向空间发射, 照射在前方车辆或其他目标上, 其反射光经扫描镜、接收物镜及回输光纤, 被导入到信号处理装置内光电二极管, 利用计数器计数激光二极管启动脉冲与光电二极管的接收脉冲间的时间差, 即可求得目标距离。利用扫描镜系统中的位置探测器测定反射镜的角度即可测出目标的方位。
在汽车测距系统中, 非成象激光雷达更具有实用价值。同成象式激光雷达相比, 具有造价低、速度快、稳定性高等特点。
3.1 自适应巡航控制 (Adaptive Cruise Contro)
该装置是通过装在汽车前方的雷达传感器, 帮助司机保持适当车速并控制与前方车辆的距离。当需巡航控制时, 可通过节气门的控制和有限制动来调节车速, 保持车辆前后之间的距离, 并可减少手动变速的动作。
3.2 防碰撞预警系统 (Collision Warning Systems)
3.2.1 防碰撞预警探测系统。
该系统采用76GHz的微波雷达传感器, 能探测距离车辆前方150m以上的物体, 不受车辆行驶速度的影响。它能根据所测出的障碍物与本车辆的距离, 给司机发出不同的警告, 如司机对发出的视觉闪光警告未作出反应, 能立即发出蜂鸣声或响铃报警。如车辆在行驶状态时, 即能自动工作, 可减少前面碰撞的危险。
3.2.2 防侧面 (左右两边) 碰撞预警探测系统。
该系统采用微波雷达探测行驶在盲区内的车辆及警告司机注意车道左右两旁的车辆和行人的距离等。当车辆在正常行驶状态时, 该侧面探测预警系统会自动工作, 它不会对雷达探测器及其他电子系统造成干扰。
3.2.3 防后部碰撞预警探测系统。
该系统采用微波雷达探测车辆后部司机看不到区域内障碍物体 (固定的或移动的) , 探测距离为5m以内, 当车辆正常行驶时也会自动工作, 能测出后面跟随车辆的距离, 提供警告预防后部车辆碰撞。它为倒车和停车泊位提供了帮助。
3.3 碰撞干预预警系统 (Col Iision Intervention Systems)
该系统通过微波雷达探测系统, 向司机发出预警后, 司机如未能及时采取措施, 系统就能通过发动机的节气门控制和有限制动, 使车辆自动减速, 直至车辆停驶。另外, 该系统还能自动控制转向, 帮助司机将车辆行驶在正确的车道上, 这对女性驾驶汽车提供了很多方便。1999绅宝9-5型轿车因此销售量大幅度上升。
4 高招度的摄像系统测距
CCD摄像机是一种用来模拟人眼的光电探测器。它具有尺寸小、质量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、光计量准确、其线扫描输出的光电信号有利于后续信号处理等优良特性, 在汽车行业也得到了广泛的应用。利用面阵CCD, 可获得被测视野的二维图像, 但无法确定与被测物体之间的距离。只使用一个CCD摄像机的系统称为单目摄像系统, 在汽车上常用于倒车后视系统, 辅助驾驶员获得后视死角信息, 以避免倒车撞物。为获得目标三维信息, 模拟人的双目视觉原理, 利用间隔固定的两台摄像机同时对同一景物成象, 通过对这两幅图像进行计算机分析处理, 即可确定视野中每个物体的三维坐标, 这一系统称为双目摄像系统。双目摄像系统模仿人体视觉原理, 测量精度高。但目前价格较高, 同时由于受软件和硬件的制约, 成象速度较慢。随着计算机软硬件性能的提高, 最终将得到广泛应用。
目前, 在国外已有一些汽车厂家推出了可根据路况控制车速的装置, 如新款奔驰S系列高级轿车装备了安全距离自动控制雷达系统, 不仅可自动调节车速, 还能根据的速确定与前车的距离。
随着科技的进一步发展, 汽车雷达系统中车辆测距技术的种类必将越来越多, 其应用也不仅是单一的测距方式, 而是多种测距方式的混合, 集某几种装置于一体, 互相取长补短, 进一步提高系统测量的精度和可靠性。随着计算机软硬件技术的发展, 成象式测距技术将一步步走向成熟, 并代表这种技术的发展方向, 在现代汽车驾驶技术中将得到广泛运用, 以保证行车的安全性。
摘要：汽车防撞雷达可大幅降低交通事故的发生概率, 具有广阔应用前景。超声波测量距离具有比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制的特点, 被广泛应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场, 如:液位、井深、管道长度等场所。为保障汽车驾驶时的舒适性和安全性, 世界各国对汽车防撞技术的研究和发展投入了大量的人力、物力和财力。本文主要针对汽车倒车雷达系统的主要应用技术形势进行探讨。
闪光激光雷达系统探测性能分析 篇9
关键词：闪光激光雷达,系统仿真,回波信号识别,探测性能
(一) 引言
三维闪光激光雷达是激光雷达系统的最新发展技术。传统的扫描式激光雷达系统, 是依靠发射多重脉冲来成像, 而闪光激光雷达可以由一个单独的激光脉冲产生高分辨率的激光雷达图像, 能快速的捕获空间细微的数信号信息。本文将对三维闪光激光雷达对成像器件的探测性能进行分析, 并对整个系统进行成像仿真。
(二) 闪光激光雷达成像原理分析
基于雪崩光电二极管 (APD) 阵列的闪光雷达, 是一种新颖的非扫描的三维成像激光雷达, 其主要成像器件由APD阵列和一种高速的读出集成电路 (RIOS) 组成。图1为闪光激光雷达成像原理, 微片激光器发出的脉冲光, 经准直扩束后照射到衍射光栅上, 得到很多子光束, 经过发射接收分光镜选择得到若干子光束 (由APD的像素决定) , 然后从发射透镜出射后照射到目标上, 经过目标发射的回波信号通过接收透镜后, 经过发射—接收分光板发生90°的偏转, 聚焦在APD阵列上。其中的RIOS必须要足够速度才能保证APD的判断输出和新脉冲的接收同步进行。
(三) 激光雷达系统的建模仿真
一个激光雷达成像系统主要可分为以下几部分:发射模块, 大气传输模块, 回波信号模块, 数据处理模块, 在不同的模块中会产生各自不同的噪声。下面主要对模块和噪声进行分析。
1. 发射模块
激光器发出的光脉冲可以由时间和空间的分布来描述, 二者彼此是相互独立的。强度公式为:
I0是总共的脉冲能量, Ix是空间的能量分布, p (t) 是脉冲能量的时间分布。
(1) 空间的能量分布
对于空间的能量分布, 不同的激光器产生的形状会有所不同。高斯模型产生的空间能量分布是对称的, 但是对于大多数激光器, 比如半导体激光器产生的脉冲能量在空间分布就不均匀, 会沿着xy某一方向而集中。对于闪光激光雷达选择以下模型:
其中:
I0表示总的脉冲能量, αx是xz平面的发散角, αy表示yz平面的发散角, Gx, Gy表示特殊高斯因素, 不能小于1, R表示探测距离。
(2) 脉冲能量时间分布
脉冲能量的时间分布可以表示为:
τ表示脉冲宽度。τ越小, 激光脉冲的时间能量分布越集中, 越能获得比较高峰值功率的回波脉冲;但是回波脉冲信号太狭窄, 也会给探测器和滤波器带来不必要的噪声;τ较大, 时间能量分布比较分散, SNR就比较低, 不利于回波信号的探测。
2. 大气模块
当光波在大气中传播时, 大气气体分子及气溶胶的吸收和散射使传输的光辐射强度衰减。大气吸收特性依赖于光波的频率, 因此为了减少吸收引起的衰减, 激光雷达系统系统所使用的光的波长都选择在大气窗口附近。大气的散射由大气中不同大小颗粒的反射或折射所造成。在近地面大气层中, 分子散射的影响很小, 造成光能量衰减的主要是悬浮粒子的散射。可以把大气湍流、大气闪烁等现象引起的光波能量衰减归结为气溶胶粒子的影响, 其衰减因素有经验公式:
R表示探测目标的距离
其中大气的衰减系数:
λ表示波长, Vd表示能见距离, q为随距离变化的一个参数。
上面方程仅仅适用于波长范围为0.7～2μm, 符合激光雷达系统常用的波长。
3. 探测目标模块
一般用双向反射密度函数BRDF, 来描述物体的反射性能。BRDF能准确地描述反射光束蔓延成不同角度的过程。
ρspec是物体的镜面反射密度函数, ρdiff是物体的漫反射密度函数。A和B是描述镜面反射和漫反射之间关系的常量。s表示物体表面斜度的均方根。m是描述漫反射面的参数, 入射角为θ。
4. 回波信号模型
为了仿真出物体图像, 必须用信号处理的方法从回波信号中抽取出距离和强度信息。建立回波信号模型先假定两个事实: (1) 在一个激光步长内, 通过特定取样区域的空间能量分布是常量。 (2) 激光步长的每个抽样区域都可以映射到一组平面, 这些平面可以用一定的斜度和复曲面来表示。这些平面的数量越多, 仿真的越精确。如图2所示。
假设可以看成激光光束被分成了一系列的子光束, 分别照射到一个激光步长的各个子区域内;每个子光束表示了全部激光脉冲能量的一部分, 与发射脉冲的规格化时间能量分布相同;所以回波信号可以由所有抽样区域的回波信号累积来表示, 每个抽样区域的回波信号, 可以由物体表面的脉冲响应和相应子光束的脉冲之间的卷积来表示;有恒定能量分布的子光束照射到一个平面的脉冲响应可以表示为:
h[t]=wk⋅nf-nc+1δ[t-kT], k=nc, ⋅⋅⋅, nf (8)
wk表示在kT时刻的能量系数, ncT表示最靠近抽样区域的最快脉冲响应时间, nfT表示抽样区域的最远部分的最慢响应时间。
最终的回波信号可以通过离散卷积来表示:
nsubs表示在激光足迹内抽样区域的数量, Ik表示第k个抽样区域的总能量。
5. 回波信号识别方法
回波信号的检测识别技术是激光雷达系统中的关键部分。多脉冲积累是对多个脉冲采样, 将其结果依照脉冲的相对位置对应相加, 常用的是线性的累加法。累加法可以有效地提高信噪比, 但是由于受相干性的制约, 多脉冲信号的积累需要同步信号的控制, 如果需要积累比较多的脉冲信号, 激光系统的实时性就大大降低。单脉冲检测是对一个脉冲周期内的采样值进行累加, 实质是利用信号的相关性和噪声的非相关性进行滤波处理, 提高输出信噪比, 单脉冲积累所需要的时间取决于A/D转换器的效率, 可以利用当今高性能的FPGA器件来完成。所以本系统将根据闪光激光雷达的特点采用改进的单脉冲相干积累的方法进行检测。其原理如图3所示。
在距离为50m, 采样点为5000时的空间标准化光强分布如图4所示。采样点越多, 与原始信号的匹配越完美, 但是随之占用的系统开销就变大;距离越短, 空间光强分布越强。
(四) APD探测性能分析
1. 激光雷达系统的基础是激光雷达距离方程
其中Pl为激光器出射功率, ηl为发射的信号光学设备效率, ηr为接收信号光学设备效率, T为大气透过率, Ar为接收光学系统的孔径面积, θl为反射光学系统的发散角, σ为激光雷达照射到目标的面积, R为成像目标的距离。
2. APD探测器的输出电流信噪比为
其中itotal表示探测器总噪声电流:
ins为信号光散粒噪声电流, inb为背景光散粒噪声电流, ind暗电流噪声电流, inl热噪声电流。e为电子电荷, Rl为APD输出后的电流响应度, Pr是APD探测器接收到的信号光功率, Pb是APD接收到的背景光功率, Bw为噪声频带宽度, Ma是APD的电流倍增因子, Fm为APD探测器的噪声因子, id为APD的暗电流, k为波尔兹曼常量, T为探测器参考温度, RB为探测器的等效输出阻抗, iso为目标回波信号经过APD输出后的信号光电流。以给出的数据仿真。
图5为增益、信噪比和带宽之间的关系。左边为带宽确定的情况下, 信噪比随着增益的增加而增加, 当到一临界值的时候, 信噪比就会下降, 因此选择合适的增益是非常重要的。在增益确定的情况下, 可以容易看出信噪比随着噪声带宽的增大而减小, 所以选择合适的噪声带宽能提高探测器的信噪比。
(五) 结论
通过仿真分析可以看出, 激光雷达系统的探测性能与探测目标的反射特性、大气的传输特性以及发射和接收系统的效率都有很大的关系。通过改变不同的工作参数, 设定合适的信噪比, 可以使激光雷达的探测性能发挥最大的优势。下一步工作将对回波信号进行滤波处理, 进一步改进激光雷达系统的性能。
参考文献
[1]Grasso RJ, Odhner JE.A Model and Simulation to Predict the Performance of Angle-Angle-Range3D Flash LADAR Imaging Sensor Systems[J].Proceedings of SPIE, 2005, 5575.
[2]高晋占.微弱信号检测[M].北京:清华大学出版社, 2004:226-238.
雷达系统 篇10
AN／TPY-2是一种多功能雷达，可以搜索、探测、跟踪和识别弹道导弹威胁，并无缝集成到各种弹道导弹防御系统。除了用于支持美国陆军THAAD系统，AN／TPY-2雷达还部署在世界各地，持续提供前沿弹道导弹防御能力，成为全球弹道导弹防御体系的重要组成部分。
AN／TPY-2雷达最近部署在欧洲阶段性自适应方式(EPAA)导弹防御计划，其目的是威吓、阻止甚至摧毁威胁美国及盟国的敌方弹道导弹。AN／TPY-2是EPAA的关键传感器组件。(于蓝)
沙特阿拉伯大规模军购提升自身防卫能力
沙特阿拉伯国防部最近宣布，沙特已签署了一项从美国购买战斗机的协议，此举是为了尽最大可能加强沙特的防御能力。
沙特国家通讯社援引国防部发言人的话说，这项总价294亿美元的军购协议包括：购买84架F-15SA战机；更新已有的70架F-1 5S战机；其他武器和零部件以及人员培训和设备维护等。这位发言人说，沙特购买武器是为了加强自身防卫能力，以保护国家和人民。
美政府官员曾表示，向沙特出售这些军事设备有助于美国实现其外交目标，加强美国在中东地区利益的安全。
美国媒体认为，美国政府担心美军全部撤离伊拉克后，伊朗在海湾地区的影响力可能上升。在这种情况下，美政府谋求通过加强海湾盟国的军事实力遏制伊朗。(雨丝)
美国国防部与雷锡恩公司
签订1亿美元的空射武器生产订单
美国国防部与雷锡恩公司签订了两份独立的空射武器生产合同，总价值将近1亿美元。其中8430万美元为早期与美国海军签订的AGM-154C-1联合防区外武器固定价格合同的修正合同；1500万美元为为美国空军生产激光制导型幼畜导弹的固定价格合同。两份合同是美国国防部于2011年12月19日公布的。
AGM`154C-1加装了双向的打击常规武器数据链路(SCWDL)，增添了对海上移动目标的打击能力，并将成为美军库存中的第一款网络化空射反舰武器，该武器还将用于出口。新的激光制导型幼畜导弹编号为AGM-65 E2／L，拥有一个增强型激光导引头及新的软件，能够降低附带毁伤的风险。除了具有精确打击城区环境下的快速机动目标能力外，还可以通过发射飞机本身为导弹进行激光指示(也可以由另一架飞机或地面激光指示器进行指示)。更早期的导弹型号只能由另一架飞机或地面激光指示器进行指示。(董英)
洛马公司获三叉戟D5弹道导弹合同
美国国防部授予洛克希德·马丁航天系统公司三叉戟-2(D5)弹道导弹合同，内容包括确定的已部署系统支持(DSS)和未确定的三叉戟-2(D5)生产。
确定的合同项，即DSS的合同金额约4.3亿美元；未确定的合同项，即三叉戟-2(D5)生产的合同金额不超过7.7亿美元。
DSS需求包括：工程和运行保障服务；现场事务；操练器材开发、教练机设计和运行支持；备件和综合后勤支持；飞行试验分析和靶场支持；包含核武器安全在内的安保；导弹和支持性设备维修；特别工程改造开发、生产和安装／“北极星”(POLARIS)导弹设施改造文档伎持性设备需求。
D5生产需求包括以下可交付的“战略系统项目”：导弹弹体、再人体、D5仪器系统和支持性设备生产(只是D5)；D5生产连续性硬件(只是D5)；部件采购并重新鉴定，以支持D5延寿需求；支持D5延寿需求的关键部件；备用排放装置生产。工作预计在2017年4月30日完成。(雨丝)
伊朗军演频繁测试国产导弹
为期10天的伊朗军演于2012年1月2日进入最后一天。伊朗军演发言人当天表示，他们成功试射了Ghader型陆基反舰巡航导弹。媒体称，伊朗在这次代号为“守卫90”的军演中充分展示了其国防实力。新年伊始，伊朗不仅试射了各种导弹，还在1月1日高调宣布首次成功研制出核燃料棒。
伊朗1月2日试射的这枚Ghade型导弹射程约为200千米，为中程或近程导弹，而伊朗官方媒体将其称为远程导弹。伊朗海军副司令、军演发言人表示，伊朗海军还成功试射了Nour型和Nasr型远程导弹。军事问题专家指出，伊朗目前拥有的远程导弹系统，射程足以到达以色列和美国在中东的军事基地。
此次伊朗军演为历次军演中演习区域最广、演练科目最丰富的一次。演习区域从霍尔木兹海峡以东开始，跨越阿曼海，东至北印度洋公海，西到亚丁湾，整个演习区域约有2000平方千米。
机动多功能航管雷达系统研究 篇11
传统固定站式航管一、二次雷达一直作为航路飞行器监视最主要、最直接的工具, 已经具备相当成熟的技术, 并广泛应用于国内外民航及军事空管领域[1]。但在某些特定环境下, 诸如突发性事件或重大自然灾害发生时, 固定站式航管雷达由于设备无法移动或无电力供应保障等因素, 系统运行可能会出现问题, 这势必将对飞行安全造成重要影响, 甚至会酿成灾难性的后果。机动多功能航管雷达系统是适应新一代空管系统需求面向航空应急、灾备支持、低空开放急需的有效监视工具, 可作为现有固定站式航管雷达的应急备份。机动多功能航管雷达系统具有高机动、高可靠、多功能、智能化、高数据率等特点, 具备在恶劣环境下代替传统固定式航管雷达对航路飞行器进行监视的功能。
目前国外针对机动航管雷达的研究, 民航领域主要是集中于单脉冲二次雷达[2], 而在军事空管领域则采用一、二次雷达合装的形式较多。国内对机动航管雷达的研究也主要集中于机动式二次雷达, 以及对军用雷达改装的一、二次合装雷达, 但这种雷达一般采用单套结构, 数据率和可靠性也难以满足空域监视的技术要求。未来国内外对机动式航管雷达的研究主要集中采用一、二次雷达合装形式, 并且具备24 小时全天候连续开机功能, 即系统要求采用双套冗余结构。
本文所研究的机动多功能航管雷达系统隶属于空管系统中的导航与监视领域, 属于通用航空综合飞行服务系统研究方向, 是整个空管系统的雷达信息源。基于通用航空中的低空补盲、机场空域应急监视和自然灾害的应急空管需求, 机动多功能航管雷达系统采用一二次合装雷达的形式, 利用航管一次雷达的主动监视、航管二次雷达的协同监视以及ADS-B的相关监视功能, 获得多传感器的目标点、航迹信息, 同时通过航管一次雷达的气象通道获得空中降水分布信息, 具有管制功能的雷达终端系统把多种信息源进行融合, 完成对空中目标的监视和应急空中交通管理, 引导飞机起降和规避危险气象区域。
1 设计原理
机动多功能航管雷达系统由雷达子系统、终端ATC子系统、应急通信子系统构成。雷达子系统由S波段近程空管一次雷达、S模式单脉冲二次雷达及ADS-B接收机组成, 利用一次雷达的主动监视、二次雷达的协同监视以及ADS-B的相关监视功能, 获取一、二次雷达的点航迹目标信息和兼容1090ES格式ADS-B的目标位置信息, 同时利用一次雷达的独立气象通道获取监视空域的降水分布信息。终端ATC子系统主要由高性能的服务器、网管、显示、存储设备组成, 主要完成接收一次雷达数据、二次雷达数据、ADS-B数据、一次雷达气象数据, 并进行多元数据融合处理。终端ATC分系统同时接收飞行电报数据, 进行飞行计划数据处理, 将监视数据与飞行计划数据进行相关后, 在显示处理机上进行显示, 并支持基本的空中交通管制操作。应急通信子系统包括通用应急平台、甚高频通信天线、内话系统, 主要任务是完成信息的有效传递, 利用传统有线接入网络、无线通信网络、卫星通信等方式实现雷达终端车与空中飞机、其他ATC系统或者应急指挥中心之间的互连互通。机动多功能航管雷达系统的原理框图如图1 所示。
1.1 一次雷达
机动多功能航管雷达系统中的一次雷达选用S波段近程空管一次雷达[3], 采用全固态、全相参、脉冲压缩技术和自适应MTD体制[4]。为了保证一次雷达运行的可靠性, 除天线和旋转组合外, 其他所有设备均采用双套冗余结构。
一次雷达是用于机场终端区的监视雷达, 它必须有效监视所在机场空域内飞机的飞行动态, 并能提供所监视空域的降水分布情况, 因此本雷达天线采用了双波束、双极化、低仰角锐截止和高仰角超余割平方设计[5]。固态发射机由4 个2.2 k W大功率末级组件构成, 前级激励组件采用双套冗余的系统结构, 系统故障时可以与接收机和信号处理一起实施不停机双机切换[6]。接收机采用了具有射频自适应时间灵敏度控制的大动态数字化接收机[7], 可以有效减少近距离强杂波造成的丢目标和假目标。信号处理系统采用自适应动目标检测器 (AMTD) , 能在强杂波和恶劣气象条件下提供良好的检测性能[8]。为了探测降水分布情况, 一次雷达还设有独立的气象处理通道。一次雷达的仰角威力覆盖图如图2 所示。
1.2 二次雷达
机动多功能航管雷达系统中的二次雷达选用S模式单脉冲二次雷达, 以“收发赋形+数字接收”为基本技术体制, 采用振幅型和差单脉冲测角技术, 具有独立的ADS-B接收通道, 可下载机载ADS-B信息。同样, 二次雷达设备也采用双套冗余结构来保证系统可靠性。
天线垂直面采用超余割平方赋形, 低仰角锐截止设计, 能量分配合理, 大大降低由于多径效应引起的干扰和镜像目标, 同时保证了很好的仰角覆盖范围。数字信号处理支持通道幅相在线校正、N-CFAR处理, 在应答脉冲的量化精度、解应答混淆、置信度判定等方面具有较大优势, 提高了二次雷达的测角精度。
1.3 终端ATC系统
终端ATC系统的主要功能是将接收的一次雷达数据、二次雷达数据、ADS-B数据、飞行电报数据等进行融合处理, 并在终端显示器中显示出目标航迹、飞行计划等信息, 同时支持监视区域的空中交通管制操作。
终端ATC系统的核心问题是如何保证系统运行的高度可靠性, 机动多功能航管雷达系统终端ATC采用冗余配置与分布式网络拓扑结构, 其设备组成如图3 所示, 图3 中所配硬件设备为成熟商业货架产品。终端ATC系统的特点如下:
(1) 冗余热备份结构, 保证了ATC服务器和工作站间信息交换的可靠性, 冗余的服务器能为主处理器提供热备份, 主用服务器发生错误时能够自动进行主备切换, 确保数据处理服务不中断;
(2) 配备了与外界多种通信设备进行通信接口, 能够通过这些通信接口与外界其他ATC、飞行器进行实时通信;
(3) 监控系统内嵌在终端ATC中, 能够通过远端对雷达设备进行控制。
1.4 应急通信系统
应急通信系统通过装配在终端车上的各种通信设备实现终端ATC系统与飞行器、外界其他ATC系统及应急指挥中心进行通信。应急通信系统可把无线通信系统 (对讲系统、短波、超短波、手持移动设备等) 、常规通信 (有线电话网、互联网) 的信号进行数字化处理, 封成网络传输的IP包, 然后通过软交换融合, 从而达到多个通信终端语音互相汇合。
2 技术特点
机动式多功能航管雷达系统最重要特点是系统的高机动性, 实现系统的高机动性主要通过系统的整体结构设计、天线的展开及拆收设计、电子设备方舱设计等。
2.1 整体结构设计
机动多功能航管雷达所包含的设备包括:具有双套冗余设备的一次雷达系统、S模式二次雷达系统、雷达终端系统、电站系统等。按照公路运输状态, 可以将整个系统划分为三辆车单元:Ⅰ号车单元 (雷达车) 、Ⅱ号车单元 (雷达终端车) 和Ⅲ号车单元 (电站车) 。三辆车之间通过电缆组成一个整体系统, 其中Ⅰ号车单元和Ⅱ号车单元配合工作可以替代空域监控的ATC系统, Ⅲ号车单元为Ⅰ号和Ⅱ号车提供能源保障。为保障在恶劣天气下, 系统的安全运行, 机动式多功能雷达系统装配了可移动的避雷针, 并且三辆车都设计了安全可靠的接地和防雷系统。其阵地工作示意图如图4 所示。
2.1.1 Ⅰ号车单元
Ⅰ号车单元作为整个系统的雷达车, 是整个机动式航管雷达系统的最核心部分, 设计为具有独立工作能力的航管雷达系统, 其组成主要是由安装一、二次雷达电子设备的电子方舱及一、二次合装天线。
Ⅰ号车单元平台上装设备包括载车自动调平支撑系统、天线转台及支座、天线及天线倒伏机构、电子设备及设备舱, 其上装布局图如图5 所示。工作状态时, 先将一二次天线安装好, 再把边块固定架从方舱顶部放到平台中间位于转台和方舱之间的空位上。运输状态时, 拆卸二次天线, 放置并固定于方舱中间的平台上;再将一次天线边块拆卸下来, 放置于边块固定架上;之后通过天线倒伏机构控制将一次天线中块向后倒伏至运输位置并固定, 最后将调平撑腿收回到平台下方。为了减轻整个雷达车的载车重量, 将一次雷达天线设计为碳纤维复合材料的反射面天线。
2.1.2 Ⅱ号车单元
Ⅱ号车单元为整个系统的终端车, 一般采用大中型客车改装形式, 将终端显示等设备安装在该车中。Ⅱ号车单元内部一般安装电子设备机柜、终端显示设备, 顶部安装车载空调、卫星天线、ADS-B和其他通信设备天线。通过从雷达车传输过来的数据进行处理和显示, 以实现应急空管的功能。
2.1.3 Ⅲ号车单元
Ⅲ号车单元为整个系统的电站车, 其主要功能是在复杂情况下给雷达系统提供能源保障作用。电站车主要是由四米方舱和底盘车构成, 方舱的结构设计应满足野外工作条件, 方舱内安装供野外工作发电的大功率柴油发电机组。为了提高安全性和可靠性, 发电机采用双备份配置, 正常情况下开动一台发电机就能够满足整个系统的用电需要, 同时发电机自带大容量油箱, 支持长时间的工作, 单台油机功率余量充足, 满足长时间连续工作需要, 也能够满足其他用电需求。
2.2 天线展开及拆收设计
机动多功能航管雷达系统天线由一次雷达天线和二次雷达天线构成[9], 为了保证系统的高机动性, 一次天线为双曲率反射面天线, 使用碳纤维复合材料, 为避免天线在运输状态超宽, 将一次天线分为可拆卸的三块。二次雷达天线通过带俯仰调节功能的连接机构, 实现与一次雷达的合装。工作状态时, 如图6 所示, 将一次天线三拼块组装到一起, 二次天线通过支架固定在天线中块相应的固定端。运输状态时, 如图7所示, 将一次天线整体向后倒伏, 手工拆除左右边块及二次天线, 将边块放置在电子方舱上部的边块箱中, 二次天线放置在两个电子方舱中间的空位处, 满足道路运输条件。为了满足空管要求, 系统工作时一次雷达天线与二次雷达天线采用合装的形式, 共用一个天线平台。
2.3 电子设备方舱设计
机动多功能航管雷达系统电子设备主要装配于雷达车单元 (Ⅰ车) , 主要由一次雷达电子设备、二次雷达电子设备组成。考虑到载车长度和平台空间, 并结合整个雷达车紧凑设计思想, 将电子设备方舱设计为两个独立结构, 分别位于载车的两侧。方舱1 主要布置了一次雷达数字设备部分, 方舱2 布置了一次雷达射频设备、电源控制设备及二次雷达设备。两个方舱面向外面的板可以绕方舱顶部掀起90°, 在门板的侧面安装撑杆, 以便将门板完全打开并固定, 方便检查与维修。各舱对应的后板为可拆卸门板, 利用螺栓固定。当维修时, 根据需要可方便地拆卸[10]。
为充分利用方舱的有限空间, 方舱1 的侧面安装波导组件, 从射频机柜接出的波导通过方舱2 的背板连出, 穿过方舱1 的背板进入方舱1, 与方舱1 前部的谐波滤波器、四端环形器等波导组件连接, 再从方舱1 的侧板连出去, 最后连接到旋转组合的波导口。两个方舱在车未一侧均留有线缆转接板, 以便方舱之间、雷达车到电站车和终端车间的电源、信号的传输。线缆转接板为防雨性结构。
由于舱内集中了大量的电子设备, 设备工作时发热量会很大, 为了保证设备都能够可靠的长时间工作, 在方舱顶部的前后两端安装了两台置顶空调, 对方舱进行制冷, 使方舱始终保持在一个合理的温度范围内。
3 结语
机动多功能航管雷达系统作为“中国民航协同空管技术综合应用与示范项目”子课题, 包括雷达子系统、终端ATC子系统、应急通信子系统, 通过系统整体结构、一、二次天线、电子设备方舱等设计, 实现系统的高机动性、多信息融合、高数据率等功能。目前, 系统正在加工调试阶段, 通过多种创新性设计, 它必将实现面向航空应急、灾备支持、低空开放急需的有效监视工具。
摘要：机动多功能航管雷达系统是在传统固定站式航路监视雷达研究基础上, 具有高机动、高可靠、多功能、智能化、高数据率的新雷达技术系统, 以满足在特定环境下对中低空和机场空域航路监视的要求。该雷达系统按照功能划分为雷达子系统、ATC子系统、应急通信子系统。叙述了机动多功能航管雷达系统的设计原理和技术特点。
关键词：航管雷达,高机动性雷达系统,多功能航管雷达,机场空域航路监视
参考文献
[1]陈忠先, 王景嗣.JY21全固态航管一次监视雷达[J].现代电子, 2002 (3) :10-16.
[2]王晓松.S模式新技术在航管二次雷达中的应用[J].空中交通管理, 2011 (2) :17-20.
[3]俞中良, 王千骐, 陈忠先.3821近程空管一次雷达产业化进展情况[J].空中交通管理, 2010 (8) :10-12.
[4]孙实泽.航管一次机场监视雷达信号处理设计[J].现代电子技术, 2007, 30 (23) :4-6.
[5]张辉.航管一次监视雷达中气象通道的设计[J].现代电子, 2011 (2) :98-100.
[6]颜波涛.远程航路监视一次雷达信号处理实现[J].雷达与对抗, 2011, 31 (2) :58-62.
[7]张焱.航管一次雷达接收/信号产生子系统[J].现代雷达, 2011 (6) :78-80.
[8]杨卫鹏, 宋万杰, 吴顺君.基于DSP的雷达目标检测模块设计[J].火控雷达技术, 2008 (1) :83-86.
[9]任胜利.车载航管雷达的机动性设计[J].电子机械工程, 2013 (1) :14-17.
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