雷達裝備改造總體設計

劉大成+張正成+王法棟

摘 要 針對現有某型雷達存在的技術問題，提出升級改造設計構想。主要升級改造雷達發(fā)射系統(tǒng)、終端顯控系統(tǒng)和天線伺服系統(tǒng)，提高發(fā)射系統(tǒng)的可靠性，增加視頻信號采集、存儲、回放功能，實現發(fā)射天線的自動升降能力。方案的設計，為裝備升級改造提供科學依據。

關鍵詞 升級改造；發(fā)射機；終端顯控；天線伺服

中圖分類號：TN761 文獻標識碼：B 文章編號：1671-7597（2014）04-0014-02

現代信息化條件下的戰(zhàn)爭，由于高新技術在武器裝備中的廣泛應用，對雷達的性能要求越來越高，更高的可靠性、更優(yōu)的可操作性、更便捷的可維性、更快速的架設展開，這些都是雷達在戰(zhàn)場中能夠生存的必要條件。本文針對以上介紹雷達的性能特點要求，設計對現有某型雷達進行升級改造，提高現有雷達的性能，使其滿足現代戰(zhàn)爭的需要。

1 總體設計構想

本次升級改造主要針對雷達發(fā)射機老化嚴重，行波管使用已達壽命；終端顯控系統(tǒng)功能不完善，不具備存儲雷達視頻信息等功能；天線系統(tǒng)需手動升降，不具備快速展開等問題開展。改造主要包括三部分：發(fā)射機升級改造、終端顯控系統(tǒng)升級改造和天線伺服系統(tǒng)的升級改造。其中，改造原有行波管發(fā)射機為固態(tài)發(fā)射機，增加發(fā)射系統(tǒng)的可靠性；升級終端顯控系統(tǒng)，使其具備視頻信號采集、存儲、回放等功能；改造天線伺服系統(tǒng)，使天線由手動升降升級為自動升降。

裝備升級改造設計遵循針對性、先進適用性、可能性和經濟性的原則。針對性從裝備現有實際狀態(tài)出發(fā)，按照設計工藝要求，針對裝備的薄弱環(huán)節(jié)，采取不同的新技術，決定升級改造的內容和重點。先進適用性盡可能采用國內外的新技術、新材料、新工藝改造裝備，同時既要力求先進，又要講究適用，不能盲目追求高指標。可能性是在制定裝備改造方案時，對所采取的新技術要有充分的把握，必須經過實踐證明是可行的，才能應用到裝備改造項目中。經濟性是要綜合考慮投入的人力、物力、財力和創(chuàng)造的效益，力求以較小的投入獲得較大的產出。

2 各模塊改造設計

2.1 發(fā)射機的改造

因為固態(tài)發(fā)射機具有工作壽命長、工作方式靈活、低電壓工作和故障軟化等優(yōu)點，改造雷達原有行波管發(fā)射機為固態(tài)發(fā)射機。主要設計發(fā)射機的電源模塊、前級放大模塊和后級放大模塊，組成框圖如圖1所示。

圖1 發(fā)射機組成框圖

2路前級功放組件將激勵模塊送來的10 mW射頻信號放大到500 W，經過1分6分配器分配6個支路，分別送入12個后級放大功放組件，放大后的功率值約為2000 W，經過兩個6合1合成器進行信號合成，得到發(fā)射機輸出功率大于20 kW。

2.2 終端系統(tǒng)的改造

原有終端顯控系統(tǒng)難以滿足日常工作需要，升級改造終端顯控系統(tǒng)。增加視頻矩陣，采集雷達視頻畫面，硬盤存儲容量為1TB，連續(xù)存儲時間可達8小時；優(yōu)化人機接口計算機板，使系統(tǒng)具備更優(yōu)的可操作性；升級圖形處理板，增強圖像信息處理能力，組成框圖如圖2所示。

圖2 雷達視頻采集模塊示意圖

通過輸入輸出系統(tǒng)對雷達終端進行設置，雷達視頻信號1分2處理，一路送到雷達顯示系統(tǒng)上進行顯示，另一路送到視頻采集卡，存儲在視頻矩陣中，為雷達視頻回放提供支持。

2.3 天線伺服系統(tǒng)的改造

原有天線系統(tǒng)為手動升降，需要投入大量的人力進行操作，并且操作時間較長，不滿足現代戰(zhàn)爭中快速展開的要求，因此升級改造天線伺服系統(tǒng)。增加伺服驅動電機、伺服驅動器、運動控制器、蝸輪蝸桿減速器、手動離合器等硬件設施，實現天線系統(tǒng)的自動升降，同時增加限位開關及線路，設置升降保護系統(tǒng)，防止天線升降過程中飛車及超過升降范圍，其控制系統(tǒng)硬件組成如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)硬件組成

計算伺服系統(tǒng)的方位軸載荷：

伺服天線系統(tǒng)總重量約為275 kg，繞方位軸的轉動慣量J約為18.6 kgm?，根據需要方位軸的最大角加速度ε約為，則電機所需克服的慣性力矩為：

M1=Jε=33.43 Nm

轉盤軸承的摩擦系數μ取值0.01，轉盤軸承的所承受軸向載荷為2710 N，電機所需克服的摩擦力矩為：

M2=μFd/2=4.79 Nm

其中，d為轉軸軸承內徑，設計為360 mm。

由于方位軸與載荷重力方向平行，故重力不會對其產生偏心載荷。

綜合以上計算得到方位軸所需克服的總載荷為：

M=M1+M2=33.43+4.79=38.22 Nm

考慮控制精度、運動速度等性能指標要求，根據載荷大小、負載慣量與電機慣量匹配原則來選擇電機、減速器的型號如表1所示。

表1 方位軸減速器參數

名稱 輸出力矩 傳動比 工作效率 型號 備注

方位軸減速器 113.6 30 60% NMRV063 萬鑫

3 電路設計關鍵環(huán)節(jié)

對雷達進行改造時，將制作電路板，其中要滿足LVDS和LVPEL兩種差分電平信號的完整性和較強的抗干擾能力，除了要使負載和信號線的阻抗相匹配之外，在設計中還要盡量避免阻抗不匹配的環(huán)節(jié)出現，因此在設計中還要注意以下幾點。

1）差分線離開器件引腳后，要盡量相互靠近，以確保耦合到信號線的噪聲為共模噪聲。

2）信號線的長度應該匹配，不然會引起信號扭曲和電磁干擾。

3）不可以僅僅依靠軟件的自動布線功能，要根據實際情況仔細修改差分線的阻抗匹配和隔離。

4）盡量減少過孔的使用，避免其他一些引起阻抗不連續(xù)的因素。

5）信號線在不同的信號層時，要注意調整差分線的寬度和間距，避免因介質改變引起的阻抗不連續(xù)。

4 結束語

本次某型雷達改造總體構想，以現代戰(zhàn)爭對雷達性能的需求入手，分析雷達性能指標的不足，有針對性的進行升級改造設計，主要改造了雷達的發(fā)射系統(tǒng)，提高了雷達發(fā)射系統(tǒng)的穩(wěn)定性；改造了雷達的終端系統(tǒng)，增加了視頻采集存儲設備，能夠實時采集雷達視頻信號，為雷達視頻事后回放提供支持；改造了雷達伺服系統(tǒng)，將手動升降系統(tǒng)改造為自動升降系統(tǒng)，減少了雷達架設時間，提高了雷達展開效率。通過本次改造提高了雷達的可靠性、可維性和快速展開等性能，使雷達滿足現代戰(zhàn)爭的使用需要。

參考文獻

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作者簡介

劉大成（1982-），男，河北遷安人，工程師，從事雷達方面的研究工作。endprint