炮位偵察校射雷達多目標處理仿真研究*

(陸軍軍官學院研究生三隊 合肥 230031)

炮位偵察校射雷達多目標處理仿真研究*

劉力源

(陸軍軍官學院研究生三隊 合肥 230031)

在相控陣炮位偵察校射雷達仿真系統中,雷達波束的仿真起著至關重要的作用。論文主要通過對相控陣炮位偵察校射雷達波束的最大跟蹤目標數,進入和離開波束的時間等參數的描述,來對相控陣炮位偵察校射雷達波束的仿真進行研究分析。

仿真;相控陣;波束

ClassNumberTN959

1 引言

相控陣炮位偵察校射雷達是用于偵察正在發射的敵方火炮位置和測定己方炮彈彈著點坐標以校正射擊的雷達,亦稱炮位偵察雷達。近年來,計算機建模與仿真技術在軍事訓練方面的應用,不僅可以有效地節省大量的人力、物力,更重要的是節省了財力和時間,是加速炮位偵察校射雷達仿真技術發展的有效手段。而對于炮位偵察校射雷達仿真系統,雷達波束仿真的研究起著至關重要的作用。

搜索波束對空間目標的捕獲情況既涉及時間維又涉及多普勒維,在搜索掃描過程中,彈丸也同時從下到上在運動(偵察方式)或從上到下運動(校射方式),因此,就存在搜索波束是否能與目標交匯的問題的判斷。文章通過對進入和離開波束的時間等參數的描述可以很直觀地判斷目標軌跡是否與波束相交,并計算出雷達波束的最大跟蹤目標數。

2 仿真數學模型

2.1 目標軌跡計算

假設炮彈阻力系數為0,把高斯坐標看作直角坐標,并用直角坐標系下的拋物線來描述炮彈的運動軌跡。若炮陣地坐標為(X0,Y0,Z0),炮彈發射初速度為V0,炮彈與地面的夾角為α,炮彈與正北夾角為θ(如圖1所示),則可按以下步驟求得炮彈發射T秒后目標A的位置(XA,YA,ZA)。圖1中,直線OB為炮彈軌跡在水平面OXY上的投影。

圖1 炮彈空中軌跡示意圖

R=OB=V0cosαT

(1)

則目標在T時刻的位置為

XA=X0+Rcosθ=X0+V0Tcosαcosθ

(2)

YA=Y0+Rsinθ=X0+V0Tcosαsinθ

(3)

ZA=Z0+V0Tsinα-(1/2)gT2

(4)

2.2目標穿過波束的狀態

在偵察模式下,雷達跟蹤敵方彈丸的升弧段。雷達工作時,主控計算機根據搜索扇區地形遮蔽角的變化控制波束的仰角位置,形成一個仰角波束寬度的搜索屏,控制搜索波束序列(根據搜索扇區大小和遮蔽角決定)以一定的頻率在搜索扇形區搜索彈丸目標。一旦搜索到目標,雷達立即在搜索到目標的位置發射一驗證波束對目標進行驗證。目標穿過波束的示意圖如圖2所示。圖中進入和離開波束的時間為T1、T2。

圖2 目標穿過波束示意圖

2.3目標進入和離開某一波束的時間T1、T2

波束為橢圓,長半軸為P,短半軸為Q。波束交叉排列,橫向排列不等間隔,波束為M個,縱向排列等間隔,波束為N個。對某一目標穿過波束范圍可以找到兩點A1,A2。利用式(1)～式(4)計算可以得到兩點相應的位置,轉換成天線坐標系位置如下(T1,X1,Y1,R1)和(T2,X2,Y2,R2),如圖3所示。

圖3 目標穿過天線示意圖

設波束的方位角為SX,俯仰角為SY,目標飛行軌跡A1,A2穿過波束面的一段為直線,則目標軌跡與波束面的交點(X,Y)要滿足以下方程:

交點與A1,A2在同一直線上,滿足直線方程:

(5)

(6)

交點還應滿足橢圓方程:

(7)

根據以上已知情況,可設:

(8)

(9)

將方程(8),方程(9)代入方程(7),解方程(5),方程(6),方程(7)可得:

AT2+BT+C=0

(10)

其中:

A=KY2P2+KX2Q2

B=2KY(Y1-KYT1-SY)P2

+2KX(X1-KXT1-SX)Q2

(11)

C=(Y1-KYT1-SY)2P2

+(X1-KXT1-SX)Q2-P2Q2

(12)

解二次方程(10),若B2-4AC≤0,則目標軌跡與波束不想交。若B2-4AC>0,則目標軌跡和波束有兩個交點。

2.4 跟蹤目標數計算

假設Td為波束駐留時間,N為己跟蹤目標數,T為跟蹤要求的采樣間隔(s),D搜索圍(°),G搜索周期(s),則在采樣間隔時駐留波束個數為ΔT/Td,采樣間隔T還可以用來搜索波束數為(ΔT/Td-N),采樣間隔ΔT內還真正可以用來搜索的波束為(T/Td-N)(1-0.2)。考慮到整個工作過程中除了搜索、跟蹤目標外,還有一分波束用于驗證,而且跟蹤的采樣間隔常常在開始時較小,故而可以用來搜索的波數乘上0.8這個系數。設90°搜索范圍有49個波束,則在搜索范圍D內有波束數:

H=49D/90=0.54D

(13)

搜索周期為

G=ΔTD0.54/0.8(ΔT/Td-N)

=0.432ΔTD(ΔT/Td-N)

(14)

當|T2-T1|

(15)

得到:

其中,[X]表示對X取整數。

A=KY2P2+KX2Q2

(16)

B=2KY(Y1-KYT1-SY)P2

+2KX(X1-KXT1-SX)Q2

(17)

C=(Y1-KYT1-SY)2P2

+(X1-KXT1-SX)Q2-P2Q2

(18)

3 仿真情況

通過Matlab仿真軟件(設置炮彈發射初始產生參數,陣地參數見表1),完成了對五個炮陣地,大量目標運動軌跡的模擬。

表1 仿真結果

4 結語

本文通過對相控陣炮位偵察校射雷達仿真系統中波束的仿真研究,推算出目標進入和離開波束的時間,利用搜索周期等于目標穿過波束所用時間這一臨界點,計算出波束的跟蹤目標數。通過雷達系統仿真,最終可以推算出炮陣地的位置坐標。因此,波束的研究是炮位偵察校射雷達仿真系統軟件的重要的部分。

[1]王義春.毫米波錐形相控陣波束控制系統設計[D].合肥:中國科學技術大學,2010.

[2]尚軍平.相控陣天線快速測量與校準技術研究[D].西安:西安電子科技大學,2010.

[3]肖詠捷.美軍陸軍炮位偵察雷達發展研究[J].現代軍事,2008(3):49-53.

[4]田兆春,應甫成.炮位偵察雷達面臨的挑戰及發展趨向[J].火控雷達技術,1996(25):22-25.

[5]郭金剛.704炮位偵察校射雷達[J].中國兵器,1994(1):20-21.

[6]郭金剛.車載704-1型炮位偵察雷達校射雷達[J].坦克裝甲車輛,2002(1):20-21.

[7]田兆春,刁華宗,張鵬.非跟蹤體制炮位偵察雷達目標自動識別技術的實現[J].科學與雷達技術,2007(4):287-290.

[8]張光義,趙玉潔.相控陣雷達技術[M].第1版.北京:電子工業出版社,2006.

[9]游鳳平.相控陣炮位雷達多目標處理軟件仿真[J].現代雷達,2001(3):60-63.

[10]宋李彬.相控陣雷達數據處理研究及在仿真系統中的應用[D].東南大學碩士論文.

[11]常軍.地面多目標跟蹤濾波技術[J].電訊技術,2006(1):23-26.

[12]王雪松,肖順平,馮德軍,等.現代雷達電子戰系統建模與仿真[M].北京:電子工業出版社,2010:3.

Multi-targetProcessingSimulationofArtilleryLocatingRadar

LIU Liyuan

(The Third Team of Graduate Group, Military Academy, Hefei 230031)

The simulation of the radar beam plays a vital role in phased array artillery locating radar simulation system.In this paper, the simulation of phased array artillery locating radar beam is used to carry on the research analysis in the most tracking beam number, enter and leave the beam time.

simulation, phased array, beam

2014年1月7日,

:2014年2月19日

國家重點實驗室主任基金(編號:CEMEE2012Z0101B)資助。

劉力源,男,碩士研究生,研究方向:雷達系統仿真。

TN959DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.07.026