机载测控站雷达测控性能研究

机载测控站雷达测控性能研究
作者：刘嗣勤王琼
来源：《电子科学技术》2017年第05期
摘要：低空目标跟踪需要使用陆地基础航天测控、海洋基础航天测控两种设备，但该设备在对低空目标的测控过程中，会由于本身视野限制造成测控的局限性。

直升機载测控站相比于地面的测控设备而言，有着更为宽阔的视距，还可以根据对象的运动进行目标跟踪，应用范围也较广泛。

本文主要探讨机载测控站雷达测控性能，通过对直升机载测控站的工作原理进行分析，给出提高目标跟踪的具体方案。

在与陆地基础航天测控、海洋基础航天测控的跟踪比较后得出：直升机载测控站的低空跟踪效果更高，在低空弹道炮弹的实验中起到良好的辅助作用。

关键词：机载测控站；雷达测控；目标跟踪
中图分类号：TN953+.1 文献标识码：A 文章编号：2095-8595 （2017） 05-037-003
电子科学技术 URL： http// DOI： 10.16453/j.issn.2095-
8595.2017.05.009
Abstract： Low altitude target tracking requires the use of land and sea based TT TT two basic equipment， but the equipment in the process control of the low altitude target， due to limitations caused by the limited view itself and control. Compared with the ground measurement and control equipment， the helicopter borne TT & C station has more wide sight distance， and can also target tracking according to the object's movement， and the range of application is more extensive. This paper mainly discusses the radar measurement and control performance of airborne TT & C station. Through the analysis of the working principle of the TT & C station， the specific scheme to improve the target tracking is given. After tracking and comparing with ground based space TT & C and ocean basic space TT & C， it is concluded that the low altitude tracking of helicopter borne TT & C station is better， and plays a good supporting role in low altitude ballistic artillery experiment.
Key words： Airborne TT & C Station； Radar Measurement and Control； Target Tracking
引言
陆军、海军在武器装备演练过程中，需要相应的测控设备进行辅助的目标测量。

陆地基础航天测控、海洋基础航天测控在实际使用中测量范围较小，不能满足跟踪与控制的要求。

当前武器装备的发展已经处于低空或超低空时代，射程远的炮弹武器很难运用固定的基础航天测控设备进行跟踪鉴定。

而直升机载测控站（或无人机载测控站）的投入使用，有效解决了武器装
备测控的视距问题。

直升机载测控站不受地形地貌、水文条件的限制，有着更为广阔的测控区域，是主流的低空武器测控跟踪设备[1]。

1 机载测控站雷达测控系统组成与基本功能
直升机载测控站系统主要包括以下几部分：直升机载（或无人机载）、地面测控系统、跟踪目标辅助系统等部分组成。

直升机载主要包括以下几部分：测控天线、远程遥控控制设备、远程测量设备、显示面板、物理信道和逻辑信道、定位系统（GPS与北斗导航联合定位）、运动形态观测设备等。

测控天线是由通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位，来改变方向图形状的相控阵天线组成；物理信道和逻辑信道则包含信道、基带系统，以及能够接受GPS信号/IRIG-B码信号的时统终端组成；地面测控系统则包含定时通信中转系统、差分GPS基准站两个部分；跟踪目标辅助系统则包括远程测量、远程控制设备，雷达的被测对象、可见光、辐射热源等五个部分[2]。

直升机载测控站系统的功能为目标跟踪定位，即在低空弹道炮弹武器装备发射后，测控站能够根据捕获的雷达反馈信息、可见光信息或者辐射热源信息，对跟踪物体的方向、位置、发射时刻、运动轨迹等信息进行跟踪。

直升机载测控系统能够在同一时刻跟踪多个目标，特别对于那些飞行较快的小型武器设备有着良好的跟踪能力。

它还能够根据跟踪物的飞行路线，自动调整自身的飞行线路，以最大限度完成精准跟踪。

此时地面测控系统则负责接收直升机载测控系统发来的信号信息，然后展开信息通信的中转活动，并对接收到的GPS信息进行处理分析，最后将所有的指令信息上传至网络。

2 直升机载测控站系统的工作原理
跟踪目标会发出远程测量与控制信号，直升机载测控站运用测控天线接收信号，测控天线一般只能根据跟踪目标的运动数据，扫描某一平面的信号信息。

直升机载测控站在收到远程测量与控制信号后，测控天线会对运动信号进行左、右旋转操作，操纵信号经过变换器变成单通电信号，通过电缆直接传输到自主式舵机。

远程测量与控制信号在经过低噪声放大器的双路放大后，经由射频信号分路器形成单一信号，传输到固定频段中的频率变化单元；频率变化单元会对单一的远程测控信号，再次传输到固定频段中的频率变化单元进行变频处理，直到其频率变为适合的赫兹；最后将处理好的测控信号送入未经调制的数字信号，对其展开解调处理；解调后输出水准轴与视轴的交角交织信号，然后将信号传输至测控天线完成测控目标的跟踪。

直升机载测控设备会跟随检测目标飞行，载机测控设备会根据目标的飞行轨迹、高度、速度、一维旋转程度等信息，对自身的飞行速度和轨迹进行调整。

地面测控系统也会对直升机载测控设备，进行实时跟踪和路线指导，以保证其飞行路线、方向、高度的正确性[4]。

3 机载雷达的硬件系统设计
直升机载测控站系统需要对测控天线、载机飞行速度、飞行高度等参数，以及直升机载测控到炮弹发射点在水平面上投影的最短距离进行检测分析，才能较好地完成目标测控任务。

直升机载测控所需要检测的主要参数有：载机飞行速度V（m/s）、飞行高度h（km）、直升机载测控到炮弹发射点在水平面上投影的最短距离P（km），监测导弹或无人机的飞行高度H （km），飞行速度V（m/s）。

其中机载雷达硬件系统是整个系统的重中之重，直升机载测控机上的雷达测控功能强大，其中包含着若干个整机、分机单元。

在直升机载测控机对发射目标的跟踪中，雷达测控可以自动隔离机身内部的电波损坏单元，并利用新的外场单元开展工作。

而直升机载测控站系统在整个目标的跟踪流程中，也会自动隔离机身内部的电波损坏单元，但其隔离的故障部分仍旧处于内场单元。

雷达测控硬件系统主要包括以下几部分：局域网通用、专用测试系统，雷达操控台、电源操控单元等。

雷达测控自检系统包括以下几部分：激励系统、测试与自检系统、切换开关，固定适配器激励区、测试区、自检区，活动适配器、活动适配器自检区等。

雷达测试系统的整个工作流程如下：活动适配器自检区是雷达信号的输入、输出区域，系统开始工作后，雷达信号会经由活动适配器自检区传入系统，再进入固定适配器激励区、测试区，固定适配器激励区和固定适配器测试区之间的线缆也是互相连接，最后经由切换开关进入测试与自检系统。

系统自检的过程中，雷达信号会从活动适配器自检区完成传输，由此整个系统信号的接收、处理、发送形成了大的闭合回路，同时也为直升机载测控系统的信号处理提供方便。

系统内部的切换开关，能够完成整个线路的自检，以及雷达信号的处理工作，具体工作流程如图1所示[5]。

而对于整个雷达系统而言，它是在互联网的基础上，由虚拟仪器总线、通用接口总线连接的庞大计算机信号测试系统。

在雷达系统的信号传输过程中，活动适配自检区的测试接口，以及整个系统的通用测试接口必须处于连通状态，因此对整个激励系统的通道、功能进行自检，就显得尤为必要。

当前雷达测试系统的自检，主要包括以下两种方案：雷达测试系统的回绕自检、自检适配器的单独自检。

由于自检适配器在自检中的系统安全性能较低，因此大多数情况下采用雷达测试系统的回绕自检方案。

针对系统中复杂的信号类型，需要使用外部连接适配器对其完成信号的输入工作，同轴信号、射频信号等功率较大的信号类型，需在信道分配时与其他信号留有一定的空隙。

4 直升机载测控站系统工作过程
4.1 工作过程
载机会在跟踪目标发射后，从超前区域以平行于跟踪目标的路线起飞，并开始接收地面测控系统的反馈信号。

载机在捕获到监测目标的飞行信号后，会通过测控天线进行目标的飞行轨迹跟踪，并实时调整直升机载测控机与跟踪目标间的相对位置，直至目标离开监控区域。

地面测控系统也会向直升机载测控机发送操作指令，数据信息一般由地面站传输至网络，载机可以根据网络信息调整自身的飞行高度、角度与航线[6]。

4.2 直升机载测控站系统与陆基、海基测控能力对比
直升机载测控系统对目标跟踪时，遵从以下计算公式：s=V2×R（V2-V1）（S：直升机载测控系统对跟踪目标的跟踪距离；V1：载机飞行速度，V2：跟踪目标飞行速度；R：测控天线对目标的跟踪距离）随着跟踪目标发射速度的增大或减小，直升机载测控站系统对目标的跟踪范围也会发生变化。

跟踪目标的发射速度越大，直升机载测控站系统的测控威力范围就越小。

当目标速度为340米/秒×0.8=272米/秒时，直升机载测控站系统的测控威力为618km；当目标速度为340米/秒×2.5=850米/秒时，直升机载测控站系统的测控威力为359km。

总之，直升机载测控系统对目标的跟踪距离（>300km），大于陆基、海基测控的跟踪距离。

5 结语
数据分析后得出：直升机载测控系统在低空目标跟踪方面，有着较为灵活的运动轨迹与跟踪角度，整体的测控威力也远远大于陆基、海基测控的跟踪距离，应用前景较为广阔。

其中直升机载测控系统对跟踪目标的飞行跟踪，打破了时间、空间的限制，提高了整体的跟踪精度与范围，成为信息化战争的首选跟踪方式。

参考文献
[1] 齐松茹，赵洪雅.关于确定卫星测控站位置的研究[J].黑龙江大学自然科学学报，2012（02）.
[2] 黎剛果，汪洋，朱晓峰.一种无人机统一测控系统[J].无线电工程，2014（09）.
[3] 丛琳，孟凡成.机载雷达测控站性能分析[J].宇航计测技术，2015.2：57-60.
[4] 冯婷婷，赵越让，孙炎，乔子骅.机载雷达系统测试性分析与优化[J].测控技术，2012，31（1）：92-95
[5] 丁求启，苏龚，蒋知或.船载测控雷达测角计算机双机自动切换技术研究[J].计算机测量与控制，2016.11：117-119.
[6] 王强.测控雷达信号频谱特性分析研究[J].中国管理信息化.2016.12：179。