马占南，李鹏
（江南机电设计研究所，贵阳550006）
摘 要：本文分析了雷达/光电行进中探测面临的主要问题。在行进中探测工作模式下，由于车体姿态和位移的不确定性，导致雷达波束配相/光电视场指向与期望值出现偏差，影响雷达/光电坐标测量精度。本文采用微分法捷联解耦，隔离车体姿态变化和位置变化引起的扰动，实现了惯性空间坐标系下雷达波束稳定控制和光电视场凝视控制，并在某型号已有数据上进行仿真分析，仿真结果表明该方法可行有效。
关键词：车载雷达；波束稳定控制
1 引言
面对日趋复杂的战场环境，对机动作战需求日益强烈，势必要求雷达/光电具备机动探测能力，雷达/光电机动探测技术可进一步提高防空武器系统的生存能力和作战效能。车体机动过程中，车体俯仰、偏航和滚转方向会出现一定的姿态扰动，同时车体平台相对地理系下的位移也会对目标测量精度产生一定影响，对于高精度探测雷达/光电来说，该影响不可容忍。根据惯性空间雷达波束指向/光电视场指向不变性，利用高精度高数据率惯测系统输出的姿态、位置信息，采用微分法捷联解耦构建数字稳定平台，隔离车体姿态和位置变化引起的扰动，对平台系下雷达波束指向/光电视场指向实时补偿，实现行进中雷达的波束稳定控制和光电视场凝视控制。
2 坐标系定义
与行进中稳定跟踪方法相关坐标系定义如下：
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基于以上坐标系定义，建立各坐标系间的变换关系就可以通过坐标变换在另一个坐标系描述导弹特定性质。坐标系变换是通过归一化基元旋转矩阵实现，具体形式如式~。
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3 稳定跟踪方案
雷达/光电行进中稳定跟踪的关键在于雷达探测周期波束/视场在空间指向保持不变，因而需要利用上一探测周期得到的波束指向/视场指向与惯测系统实时测量平台姿态和位置计算出抵消姿态扰动和位置扰动所需的补偿角，然后实现波束/视场空间指向稳定性。
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图 1波束稳定控制流程图
3.1 算法推导
目标在地理坐标系和旋转平台坐标系位置关系见图 2。
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对式积分可得解耦后旋转坐标系下车载雷达波束指向。
3.2 仿真分析
根据某型号已有数据，设定仿真条件如下：
a)稳定控制周期分别为40ms；
b)姿态更新周期5ms，稳定控制周期内实时使用姿态周期为40ms；
c)姿态扰动幅值5°、频率1Hz；
d)车辆位移北向、东向位移速度为10m/s。
在上述仿真条件下，不考虑惯测系统测量的姿态角、姿态角速度和位移速度传输延时，并在使用时已完成时间上对齐统一。
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图 4 在测量值上叠加噪声后惯性坐标系下补偿前、补偿后指向误差
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图 5 在姿态上叠加噪声后惯性坐标系下补偿前、补偿后指向误差
以40ms稳定控制周期仿真结果见图 3，高低方向和方位方向指向误差为理想状态下目标偏离角度指向情况，可以看出在采用波束指向/视场指向稳定前，高低方向指向偏差幅值约0.08°，方位方向指向偏差幅值约1.4°；采用波束指向/视场指向稳定后，高低方向指向偏差幅值约0.01°，方位方向指向偏差幅值约0.2°。在隔离姿态和位移扰动后，角度指向误差大幅减小，补偿后误差幅值约为补偿前误差幅值的14%，说明指向稳定方法有效。
图 4为分别在目标方位上叠加标准差为0.1°的高斯白噪声，在目标高低上叠加标准差为0.01°的高斯白噪声。相对于理想状态下，高低方向指向补偿前后指向误差幅值增大约0.014°，方位方向指向补偿前后指向误差幅值增大约0.14°，补偿后误差幅值约为补偿前误差幅值的18%，相对理想状态性能下降4%。
图 5为分别在惯测系统测量的偏航角上叠加标准差为0.1°的高斯白噪声，在俯仰角上叠加标准差为0.01°的高斯白噪声。可以看出指向补偿后指向误差相对于指向补偿前大幅恶化，说明该指向稳定算法严重依赖惯测系统精度。
4 总结
本文基于惯性坐标下波束指向不变性原理，利用车载雷达姿态和车速信息计算出了波束角速度变化率，从而对波束指向进行实时修正，稳定了惯性坐标系下波束指向，并通过算法推导和仿真分析，证明该方法可行有效，可在不增加和改变硬件条件下，一定程度上提高测量精度和满足工程需要。
参考文献
[1] 吴家龙等.车载雷达行进间工作研究.现代雷达，2010.
[2] 许定安等.经典力学.武汉大学出版社.1993.