（中國船舶重工集團(tuán)公司第723研究所 揚(yáng)州 225001）

1 引言

無源偵察測(cè)向技術(shù)是電子偵察的關(guān)鍵技術(shù)，其通過比較同一時(shí)間照射在系統(tǒng)不同接收天線的信號(hào)幅度差異，來計(jì)算得到雷達(dá)輻射源的相對(duì)方位信息，具有隱秘不易暴露自身的特點(diǎn)［1］。受比幅測(cè)向體制決定，當(dāng)信號(hào)落入多波束的中間波束法向方向附近時(shí)，測(cè)向精度最高。利用“機(jī)掃”或“電掃”調(diào)整系統(tǒng)指向，實(shí)時(shí)將比幅測(cè)向系統(tǒng)法對(duì)準(zhǔn)信號(hào)照射方向時(shí)，可以保證目標(biāo)信號(hào)始終處于中間波束法向附近，從而獲得最高的測(cè)向精度。當(dāng)面對(duì)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)時(shí)候，動(dòng)態(tài)跟蹤比幅測(cè)向技術(shù)作為多波束比幅測(cè)向技術(shù)的一種［2］，它有著更高的跟蹤精度和跟蹤速度，但是動(dòng)態(tài)跟蹤引入的誤差如果帶入測(cè)向結(jié)果，則會(huì)大大降低比幅測(cè)向的精度。

針對(duì)以上情況，本文對(duì)動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)比幅測(cè)向技術(shù)進(jìn)行了誤差分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

2 動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)比幅測(cè)向技術(shù)

動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)比幅測(cè)向技術(shù)是由多波束比幅測(cè)向技術(shù)拓展而來，既可通過伺服隨動(dòng)系統(tǒng)提升整個(gè)偵察覆蓋區(qū)域，也可以動(dòng)態(tài)調(diào)整多波束指向進(jìn)而得到更高精度的測(cè)向結(jié)果［3］。常規(guī)的多波束比幅測(cè)向一般采用兩波束比幅或三波束比幅，而動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)也分為“機(jī)掃”和“電掃”兩種方式［4］，本文選取典型的三波束比幅測(cè)向系統(tǒng)和“機(jī)掃”動(dòng)態(tài)跟蹤伺服為例，動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)比幅測(cè)向技術(shù)的硬件實(shí)現(xiàn)如圖1所示。

比幅測(cè)向系統(tǒng)采用三波束瞬時(shí)覆蓋一定范圍的空域，通過對(duì)同一時(shí)間到達(dá)三波束的信號(hào)脈沖進(jìn)行幅度測(cè)量，并采用比幅測(cè)向算法完成目標(biāo)方位角計(jì)算［5］。得到的方位角會(huì)傳至伺服控制系統(tǒng)，由伺服控制系統(tǒng)控制整套偵察機(jī)天線法向中心實(shí)時(shí)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，以保證目標(biāo)信號(hào)始終在三波束的中波束中心處幅度最大［6］。

圖1 動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)比幅測(cè)向技術(shù)硬件實(shí)現(xiàn)框圖

三波束比幅測(cè)向技術(shù)原理如圖2所示。

圖2 三波束比幅測(cè)向技術(shù)原理圖

圖2中假設(shè)θ為目標(biāo)方位，nθ0為中波束法向方位，n-1號(hào)波束為左波束，n號(hào)波束為中波束，n+1號(hào)波束為右波束，則通過三波束比幅測(cè)向得到目標(biāo)所在方位為

式（1）中，ΔL為中波束與左波束測(cè)量幅度差，ΔR為中波束與右波束測(cè)量幅度差。

伺服控制系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算得到的θ和姿態(tài)測(cè)量得到的中波束法向中心nθ0，實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)天線指向，使得θ=nθ0。根據(jù)式（1），當(dāng)伺服控制系統(tǒng)完成指向跟蹤后，理論上會(huì)有以下的幅度相對(duì)關(guān)系：

當(dāng)目標(biāo)指向落入測(cè)向系統(tǒng)中波束法向方位時(shí)，比幅測(cè)向具有最高的測(cè)量精度，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)比幅測(cè)向［7］。

3 測(cè)向誤差分析

根據(jù)上一節(jié)動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)比幅測(cè)向技術(shù)的介紹，可以知道影響到測(cè)向精度的因素包括了多波束比幅測(cè)量誤差和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)跟蹤誤差。

多波束比幅測(cè)量誤差由系統(tǒng)噪聲、通道幅度特性不一致、各波束天線軸指向偏離、波束寬度變化、幅度和角度量化等影響［8］。這部分的誤差影響已經(jīng)在國內(nèi)學(xué)者的學(xué)術(shù)成果中進(jìn)行詳細(xì)分析，本文不作贅述［9］。以下重點(diǎn)就動(dòng)態(tài)跟蹤誤差對(duì)整個(gè)測(cè)向系統(tǒng)誤差的影響進(jìn)行分析。

圖3 動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)誤差傳遞示意圖

由圖3和式（1）可知，系統(tǒng)指向測(cè)量值nθ0要參與到目標(biāo)方位計(jì)算中，但是當(dāng)系統(tǒng)指向傳遞值nθ0與系統(tǒng)實(shí)際指向值存在誤差時(shí)，該誤差將會(huì)帶入整個(gè)動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)比幅測(cè)向結(jié)果中去。

假定姿態(tài)測(cè)量設(shè)備的數(shù)據(jù)刷新率為f，則兩幀數(shù)據(jù)之間的間隔時(shí)間為

伺服控制系統(tǒng)的最大旋轉(zhuǎn)速度假設(shè)為v（°/s），則動(dòng)態(tài)跟蹤誤差可以表示為

動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)比幅測(cè)向誤差Δθ可以表示為動(dòng)態(tài)跟蹤誤差Δθ1和比幅測(cè)向計(jì)算誤差Δθ2之和：

4 誤差改進(jìn)措施

根據(jù)式（5），要降低動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)比幅測(cè)向誤差，可以通過降低伺服控制系統(tǒng)的最大旋轉(zhuǎn)速度、提高姿態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)刷新率或者降低比幅測(cè)向誤差來實(shí)現(xiàn)：

1）調(diào)整伺服旋轉(zhuǎn)策略

由于動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)需要通過“機(jī)掃”來完成一定區(qū)域的覆蓋，為保證“機(jī)掃”過程中較高的信號(hào)截獲概率，需要較大的伺服最大旋轉(zhuǎn)速度，這與提升測(cè)向精度的要求是矛盾的。因此，可以在不降低最大旋轉(zhuǎn)速度的前提下，剔除伺服旋轉(zhuǎn)過程中的比幅測(cè)向數(shù)據(jù)，只保留伺服旋轉(zhuǎn)到位后相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)下的比幅測(cè)向結(jié)果。同時(shí)對(duì)于大角度調(diào)轉(zhuǎn)過程，為降低測(cè)向結(jié)果剔除數(shù)據(jù)量，可以分幾檔小角度分步旋轉(zhuǎn)到位；每檔角度設(shè)定一定的駐留時(shí)間，每檔間隔設(shè)置為半個(gè)波束寬度，以保證在全方位覆蓋范圍內(nèi)不漏檢。

2）提高姿態(tài)測(cè)量設(shè)備數(shù)據(jù)刷新率

一般而言，姿態(tài)測(cè)量設(shè)備的數(shù)據(jù)刷新率要大于100Hz，該速率對(duì)測(cè)向精度影響較小，影響數(shù)據(jù)刷新率的主要因素為數(shù)據(jù)傳輸速率?？紤]到伺服控制系統(tǒng)的強(qiáng)電干擾，可以選用光纖、LVDS等高速、抗干擾能力強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸方式。

3）降低比幅測(cè)向誤差

比幅測(cè)向誤差的消除主要靠：系統(tǒng)設(shè)計(jì)、固定誤差校正表修正和算法優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)［11］。這類方法可以參考國內(nèi)學(xué)者的理論成果，本文不作贅述［12］。

5 結(jié)語

動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)比幅測(cè)向技術(shù)作為多波束比幅測(cè)向技術(shù)的一種擴(kuò)展，要獲得動(dòng)態(tài)跟蹤所帶來的精度提升，需要對(duì)動(dòng)態(tài)跟蹤自身帶入的誤差進(jìn)行詳細(xì)分析，通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化來獲得動(dòng)態(tài)跟蹤和比幅測(cè)向技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，進(jìn)而提升整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)向精度。