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全空域跟踪的舰载雷达驱动系统研究

王小军  
【摘要】: 随着反舰导弹和飞机性能的不断提高,对舰载防御系统,特别是对末端防御的跟踪雷达提出了能实现全空域跟踪的要求。现有的舰载两轴雷达由于受到船摇的影响,不仅波束倾斜,而且天顶附近有很大的跟踪盲区。因此,研究新体制的三轴雷达的驱动结构及控制方案以实现大于半球的全空域无缝隙连续跟踪就变得十分必要。 本文首先研究了舰载两轴雷达系统抑制船摇的方案,对雷达天线转角和波束转角一致和不一致的情况,分别提出了基于甲板坐标系稳定和基于大地坐标系稳定的不同方法。纠正了与实际系统不相符合的原理说明,给出了正确的系统框图。针对甲板运动所造成的目标的相对运动和牵连运动,采用数字滤波与动态补偿相结合的方案,实现了舰船摇摆情况下跟踪雷达对运动目标的精确跟踪,并经实践验证后装备于某型跟踪雷达。 其次,在详细分析了两轴雷达系统原理性缺陷的基础上,提出了使雷达俯仰轴保持水平的正交三轴雷达的具体结构形式。对三轴稳定跟踪的数学关系进行了详细讨论,纠正了国内外公开文献中的错误,在反复分析正交三轴系统旋转关系后,推导出无中间变量的三轴角度旋转公式,并经严格的数学关系和仿真证明。针对三轴轴系既非甲板坐标系又非大地坐标系的特点,既研究了船摇对正交三轴雷达系统的影响,推导实现船摇不变性的补偿条件,又研究了将目标在大地坐标系中的线速度和线加速度滤波值折算到各轴对应的角速度和角加速度值的计算关系,并作出了计算机功能框图。针对三轴系统波束转角与天线转角不一致的特点,设计出既能克服舰船摇摆又能实现动目标跟踪的伺服控制方案,并经仿真验证。 然后,从工程实际出发,着重分析了俯仰轴不严格水平对雷达测角系统造成的误差,得到了正交三轴雷达并不能进行全空域跟踪的结论,提出了倾斜三轴的雷达天线座结构形式。讨论了倾斜角度的取值范围,推导出各轴旋转的角度公式,对船摇和目标运动引起的各轴角速度及加速度的变化给出切实可行的计算方法。通过仿真验证了倾斜三轴雷达系统在工程上可以做到波束无倾斜和全空域跟踪无盲区的结论,并指出此系统与正交三轴系统相比,可以减少俯仰轴的最大转动角,从而降低系统对俯仰轴的角速度和角加速度的技术要求。 最后,针对球坐标系与直角坐标系之间的变换是非线性变换的特点, 哈尔滨工程大学博士学位论文 运用统计条件下不存在线性化误差的转换测量卡尔曼滤波算法,结合“当前” 机动模型对机动目标进行了仿真研究。针对测量值误差的协方差的求取,提 出了预测值和转换测量值之间的选择原则,得到了精度较高的结果。


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