無人值守雷達系統設計

孫國強

(中國電子科技集團公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230031)

隨著科技的發展，雷達成為現代戰爭中獲取實時情報信息的有效手段，已成為各國掌握戰場主動權的重要手段。而雷達一般架設在島礁、高山、荒漠等環境惡劣的區域，惡劣的自然環境導致雷達架設、使用、保障都存在相當大的困難。無人值守雷達可以在沒有人員現場值守的情況下，完成對規定目標的探測任務，降低裝備及人員的保障難度，許多國家都在研究和部署無人值守雷達，我國也進行了無人值守雷達研究，并針對島礁、高原環境進行了必要的設計研究[1-3]，但在可靠性等方面還需要進一步加強。

1 無人值守雷達設計要求

1.1 功能完善

對于無人值守雷達而言，不但雷達本身具有優良的探測性能、抗干擾性能，而且能夠在雷達設備發生嚴重故障或人為破壞等危險狀況時，遠端能夠及時掌握現場突發狀況，提醒使用人員采取措施減少損失，這就要求在雷達自身性能的基礎上，具有可靠的通信、完備的遙控遙測等功能。

1.2 可靠性高

無人值守導致了雷達發生故障時，無人在現場排除故障，可能會影響雷達性能的發揮，影響其戰備值班，因此必須通過簡化設計、冗余設計及采用高可靠元器件等措施，提高無人值守雷達系統的可靠性，滿足用戶對雷達的可靠性指標要求，提高雷達的可用度。

1.3 架設難度低

雷達本身設備量大、集成度高，一般利用雷達自帶設備或大型機械進行陣地架設，但在高山、高原、海島、荒漠等環境惡劣地區，雷達本身運輸已經十分困難，大型機械運輸轉移協助雷達架設難度更大，而且無人值守功能要求雷達具有盡可能高的可靠性，進一步增大了雷達設備量，為了保證雷達的現場架設，要求盡可能減小雷達運輸架設單元模塊重量，降低架設難度。

2 無人值守雷達系統設計

無人值守雷達系統設計必須從系統頂層出發，采取故障檢測智能化、故障排除自動化、遠程可靠通信、環境安全等綜合措施，確保雷達在本地無人條件下的可靠使用。

2.1 系統設計

無人值守雷達不但要實現遠程雷達控制、雷達狀態監視和目標跟蹤，而且要實現雷達陣地環境的監測報警和配電控制。

為了保障裝備的正常運行，在雷達陣地除了布置雷達裝備外，必須實現陣地現場的氣象信息、視頻信息、溫度信息、濕度信息等輔助數據的收集，遠程管控終端與雷達陣地之間通過光纖或微波通信進行信息交換；輔助數據信息同雷達回波、點跡、航跡以及狀態等數據信息一起通過通信系統傳輸到遠程管控終端，值班人員根據接收到的數據信息進行操作，雷達、安全監視設備及配電設備接收從遠程管控終端發送的值班員指令并進行相應動作，最終完成雷達情報數據處理及上報。

2.2 故障檢測智能化設計

故障檢測智能化是利用雷達可更換單元中設計的檢測模塊，采集各個可更換單元的狀態數據，并通過信號傳輸接口，將狀態數據傳輸給故障檢測處理計算機，進行系統狀態的分布式在線檢測處理，從而判斷故障部位的雷達功能設計；如固態發射機不但會出現功率管性能下降或失效的情況，也可能會出現無外部觸發信號或組件溫度過高等情況影響組件的正常工作，利用組件內的故障檢測模塊可以監測組件輸入輸出信號和組件溫度，及時提供發射組件的工作狀態數據，預測或判斷故障的發生，并對故障組件進行定位[4-5]。故障數據處理形式可分為集中處理和分布處理。如圖1、圖2。

圖1 故障數據集中處理框圖

圖2 故障數據分布處理框圖

故障數據集中處理和故障數據分布處理各有優缺點，集中式處理要將數據全部傳輸給故障檢測處理計算機，進行系統狀態的分布式在線檢測處理，傳輸數據量較大，但數據保留完整；分布式處理采用多個處理模塊進行故障判斷，大大減小了傳輸數據量，但故障處理模塊增加了雷達設備量，結合雷達系統設備量大、結構空間小。在雷達的狀態采集處理上可以采用分布式傳感器采集狀態數據信息、分層集中式數據處理的方法[3]，兼備集中處理和分布處理的優點，如圖3。

圖3 分布采集、分層處理示意圖

分布式狀態數據信息采集、分層集中式數據處理的方法，既能較多地保留雷達狀態數據，又能減小數據傳輸量，減輕數據傳輸和計算處理壓力，而且各個故障處理模塊處理數據量小，可以使用體積小、成本低的處理模塊計算機完成故障檢測判斷功能，雷達結構空間可以得到合理利用，緩解雷達空間有限的壓力。

2.3 故障排除自動化設計

故障排除自動化設計是在雷達系統某部件性能下降或發生故障時，利用雷達裝備的模塊化冗余設計，快速恢復雷達值班功能的設計[6]。

首先雷達設計時必須進行充分的模塊化冗余設計，冗余設計一般有并聯冗余、串并組合冗余、并串組合冗余等多種形式。如圖4、圖5所示。

圖4 串并冗余示意圖

圖5 并串冗余示意圖

并聯冗余是由兩個或多個功能、性能可以替代的工作模塊并聯組成，并聯的工作模塊只要有一個有效，系統就能保持正常工作，可以大幅度增加系統的任務可靠性，但并聯模塊的增多，導致雷達系統的成本、重量、體積也會隨之增加。串并組合冗余先將多個設備串聯，然后再進行并聯，如果串聯的某個設備發生故障，則需要用另外一個串聯設備替換，設備量大；并串組合冗余先將功能、性能相同的模塊并聯，然后再進行設備串聯，當某個模塊發生故障，只需要用另外一個并聯模塊替換工作，不影響其他模塊，但設備連接關系復雜。在無人值守雷達系統設計中一般采用串并組合冗余、并串組合冗余兩者結合以增加系統的任務可靠性。

在充分冗余設計的基礎上，為了實現雷達故障的快速恢復，雷達設計時還必須具備快速切換功能，即當一個設備發生故障時，其冗余設備能夠通過快速切換代替故障設備工作。如某雷達冷卻設備采用海水冷卻和風冷卻互為備份的冗余設計，當海水冷卻系統處于工作時，風冷卻系統處于待機狀態；當系統檢測海水冷卻系統故障停機時，馬上啟動風冷卻系統，以保證雷達的連續工作。

2.4 遠程數據傳輸設計

無人值守雷達的遠程數據傳輸不僅要傳輸雷達回波、狀態等信息和遠程值班人員的命令信息等，而且還要傳輸氣象、安全監視等輔助數據，視頻回波和監控視頻圖像，而且傳輸的信號路數多。把雷達端的多路數據進行同步壓縮編碼，并將多路數據復接成一組復合編碼數據流通過光纖或微波進行遠距離傳輸，在遠程管控端進行分接成各路數據。同樣把遠程管控端的多路數據進行復接成復合編碼數據流進行傳輸，在雷達端再分接成各路數據，以實現多路數據的可靠傳輸。光纜通信復分接實現原理如圖6。

2.5 環境安全監測設計

無人值守雷達陣地周圍環境安全監測設計是利用計算機網絡技術、數據庫技術、通信技術、自動控制技術、新型傳感技術等對雷達設備及所在環境進行遠程集中監控和管理，監控對象主要是環境視頻、溫度、濕度、煙霧、門禁等。環境安全監測系統組成如圖7所示。

圖6 光纜通信復分接實現原理圖

圖7 環境安全監測系統組成示意圖

環境安全監測系統由采集子系統、傳輸子系統、軟件子系統組成，采集子系統完成底層數據的采集，傳輸子系統將采集的數據傳輸到處理中心或監控中心，軟件平臺實現數據產生、數據存儲等系統功能。系統各種告警信息與視頻監控聯動，以便于值班人員及時掌握現場情況和采取適當的安全措施。

2.6 結構小型化設計

小型化設計即雷達采用積木式設計，在保證性能和便于安裝的前提下，將雷達設備拆解成重量較小的單元模塊進行運輸和吊裝，到達安裝現場后，利用小型吊裝設備進行模塊化拼裝，降低架設難度。如某雷達發射單元未分解前單元重量約11 000 kg，在小型化分解后，最大單元重量約600 kg，利用簡易吊裝設備即可完成設備吊裝，現場架設難度大大降低。

3 結論

本文分析了無人值守雷達設計要求，在此基礎上，從系統設計、故障檢測智能化設計、故障排除自動化設計、遠程數據傳輸設計、環境安全監測設計等方面進行設計，減輕了操作及保障人員壓力，提高了雷達環境適應能力，保證雷達能夠在惡劣環境下穩定可靠地工作。在某島礁雷達上采用無人值守設計后，在雷達前端無人值守的情況下，該雷達穩定可靠工作了兩年時間，驗證了無人值守設計效果，該研究對后續無人值守雷達設計具有十分重要的參考價值。

[1] 譚劍波.無人值守雷達系統的遙控遙測[J].雷達科學與技術,2003,1(2)：74-79.

[2] 高秉亞,楊志謙.一種適用于無人值守雷達的遠程顯示控制系統綜合設計[J].空軍雷達學院學報,2002,16(3)：43-46.

[3] 任雪峰，逄勃.島礁雷達使用特點與發展思路研究[J].雷達與對抗,2014,34(2)：7-10.

[4] 王燕.一種遠程相控陣雷達的自動化測試與故障診斷方法[J].電子測量技術,2010,33(1)：129-132.

[5] 金鑫，任獻彬，周亮.智能故障診斷技術研究綜述[J].國外電子測量技術,2009,28(7)：30-32.

[6] 華桂琴.電子對抗與雷達目標模擬器的維護[J].艦船電子對抗,2004,27(3)：39-40.