火控雷达跟踪目标系统响应时间的研究

文/张西平 梁江鹏 杨茜 陈国际

1 引言

随着防空领域武器系统发展，防空目标由原先传统的战斗机、巡航导弹类目标，转变为RCS更小的低速无人机等低空目标，面对作战目标的变化，对于火控系统的响应时间以及响应速度提出更高的要求，其中在武器系统中承担重要角色的探测器响应时间缩短对于系统系统响应时间的贡献显得尤为重要，火控雷达中，系统响应时间主要由伺服调转时间和信息处理时序所占用的时间组成，信息处理占用的时间由系统时序规划决定，当雷达的时序关系确定好之后，处理信息的时间长短已经确定，变化的部分为伺服调转时间，该部分时间主要由伺服调转策略以及伺服驱动电机加速度、速度确定，在伺服驱动电机选定的情况下，伺服调转策略的选择确定了调转时间。

图1

图2

图3

图4

图5

图6

2 模型建立

2.1 模型1

2.2 模型2

雷达天线由运动以最大加速度减速到达静止状态，如果停止位置满足则雷达天线运动保持与天线在搜索状态运动方向一致，以恒定加速度减速停止在期望位置，如图3所示，如果停止位置满足则雷达天线最大加速度减速至静止，然后以与天线搜索状态相反的方向方向加速再减速最终静止在期望位置，如图4所示。

3 系统响应时间推导

对于搜跟一体雷达，雷达方位上为机械跟踪的情况下，搜索转跟踪过程中，天线伺服调转的方式会有多种方式，在此考虑两种伺服调转控制策略，对比两种方法在不同角加速度、不同调转角度下的响应时间，选择调转时间更短的作为雷达天线搜索转跟踪的伺服控制策略，天线伺服调转用时更短的，对于系统响应贡献更大。

图7

图8

图9

图10

图11

图12

3.1 采用伺服控制策略1

3.1.1 直接减速

3.1.2 匀速再减速

图13

图14

由图6可计算天线调转时间如下：

3.1.3 采用调转策略1时间推导流程

如图7所示。

3.2 采用伺服控制策略2

天线由搜索状态最快转为静止状态，即以最大加速度减速，可将在用时最短的情况下转为静止，在整个过程中天线转动的角度为 ，可推导其值大小如式：

图15

图16

雷达天线转为静止状态时方位角为

3.2.1 先顺时针再逆时针调转1

3.2.2 顺时针直接减速1

3.2.3 顺时针直接减速2

3.2.4 先顺时针再逆时针调转2

3.2.5 采用调转策略2时间推导流程

雷达调转天线响应时间处理流程如图13所示。

4 仿真分析

系统设计过程中，伺服调转最大加速度指标给定，雷达天线在任意角度调转过程中，其调转时间可分别采用上述两种策略进行仿真计算，对比其方法策略的优劣性。

4.1 给定固角度、加速度、速度情况下采用两种调转策略时间对比

假定最大加速度为400°/s2，当前天线转速为180°/s，雷达当前位置为2500mil，仿真计算得到雷达天线调转到任意位置的时间关系如图14所示。

其中红色为采用策略1调转时间，蓝色为策略2调转时间，从上图可分析当期望位置在170mil，即期望位置小于2330mil范围内，采用调转策略2所需时间小于采用策略1调转天线所用的时间，其它情况下，采用策略1调转雷达天线所需时间更短，即在小于期望角度一定范围角度内，采用策略2可以减小雷达天线伺服调转的最大时间。

当雷达当前位置变化时，即该图发生左右平移，采用两种调转天线策略时间相对关系保持不变，即在火控系统中要求雷达天线调转时间最短的情况下采用两种策略的结合，取调转角度时间较短的方法策略。

4.2 不同加速度情况下雷达天线调转时间对比

采用两种策略结合的方法，仿真分析加速度分别为250°/s2和400°/s2情况下天线调转时间，从图15可看出，随着加速度的提高，天线调转最大时间降低，加速度为400°/s2时最大时间小于加速度为250°/s2约0.7s,因此在系统设计指标时为降低系统响应时间，可适度提高伺服加速度值。

4.3 不同转速下雷达天线调转时间对比

采用两种策略结合的方法，仿真分析速度分别为180°/s和360°/s情况下天线调转时间，从图16可看出，随着天线转速提高，天线调转最大时间降低，速度为360°/s时最大时间与速度为180°/s时最大调转时间相比，降低了约 0.3s,因此在系统设计时也可通过提高天线转速降低系统伺服响应时间。

5 结束语

本文通过建立模型分析得出可通过选取合适的天线调转控制策略，可优选出调转到任意角度用时最短的伺服控制策略，同时选择最大加速度较大伺服系统、提高天线搜索状态下速度均可较小天线调转最大时间。