三坐标雷达波束稳定算法

摘要：本文介绍了三坐标体制雷达安装在艇平台，在对海探测过程中，受艇平台摆动的影响雷达波束无法保持稳定，介绍波束稳定算法计算出方位修正值和俯仰修正值，对波束控制字进行补偿保持波束稳定；

关键词：波束稳定；航向；横摇；纵摇

1 引言

将三坐标体制雷达安装在艇平台上对着海面，随着艇平台发生摆动，艇平台的横摇、纵摇、航向的变化会影响雷达波束稳定。为使雷达波束不受艇平台摆动影响，本文介绍稳定波束指向的雷达波束稳定算法。

2 正文

波束稳定算法为了消除艇平台的不稳定导致雷达波束无法指向指定位置。

波束稳定算法基于三坐标体制雷达方位是机械扫描，因此伺服转动方向就是雷达方位波束指向；俯仰是电子扫描，需要将俯仰控制字发送给指定波控模块控制俯仰指向。

2.1方位、俯仰稳定算法

方位、俯仰稳定算法步骤如下：

1）按照本文第1节介绍坐标变换，将波束指向在地理坐标系转换到甲板平面坐标系，计算在甲板平面下雷达波束的方位弦角和俯仰角，即经过坐标变化后的雷达波束指向。由大地坐标系下雷达波束方位角和俯仰角，按照计算公式（1）坐标转换成甲板平面方位弦角和俯仰角：

其中雷达方位角为正北与波束指向在水平面投影的夹角；俯仰角为波束指向与其在水平面投影的夹角；雷达甲板平面下雷达波束方位舷角为艇艏线与波束指向在甲板平面投影的夹角；雷达甲板平面下雷达波束俯仰角为波束指向与其在甲板平面投影线的夹角；

由此，甲板平面下雷达波束的方位舷角和俯仰角计算公式如下：

2）计算艇平台不摆动时实际应该指向的方位弦角和俯仰角，计算公式如下：

方位修正值为雷达甲板平面下雷达波束方位舷角与实际应该指向的方位弦角差值。

俯仰修正值为甲板平面下雷达波束俯仰角与实际应该指向的俯仰角的差值。

方位修正值与俯仰修正值是为了补偿由于艇平台摆动带来的方位与俯仰指向误差，使雷达波束指向不受艇平台摆动的影响，补偿后雷达波束在地理坐标系下指向方位角，俯仰角；

3）由此，将方位修正值叠加到给伺服的位置控制字中，修正因为艇平台摆动带来的方位变化；将俯仰修正值叠加到给指定波控模块的俯仰控制字中，修正因为艇平台摆动带来的俯仰变化。

2.2方位、俯仰稳定算法结果分析

在实验中发现，方位舷角初始值不同，随着纵横摇的变化，方位修正值和俯仰修正值变化趋势会发生变化，下面给出不同初始舷角下方位修正值、俯仰修正值的变化仿真：

1、纵摇角为0，横摇角的变化是周期T=10，幅度为20正弦波，方位修正值和俯仰修正值的变化仿真。

1）舷角初始角为0 ：

2）舷角初始角为90度；

3）舷角初始角为180 度；

4）舷角初始角为270 度；

2、横摇角为0 度；纵摇角变化是周期T=10；幅度为20的正弦波，下面将给出在舷角初始值不同时，方位修正值和俯仰修正值的变化仿真；

1）舷角初始角为0度；

2）舷角初始角为90 度

3）舷角初始角为180 度

4）舷角初始角为270 度

在实验过程中，伺服指向与方位舷角差值固定，雷达标定状态影响了伺服指向和方位舷角的差值，因此方位舷角可以用来表示伺服指向。舷角初始值，也就是伺服初始转动位置。

由上图1图8以看出，方位修正值与俯仰修正值变化不仅与艇平台摆动有关，还与方位舷角的初始值有关。

横摇角随着正弦波变化，纵摇角为0 度时，舷角为90度或者270度时，也就是伺服指向与艇艏线垂直时，俯仰角的变化会随着横摇角变化而变化，横摇角变化对方位角影响较小；因此横摇角对方位修正值影响极小，但对俯仰修正值影响很大。

但在横摇角为0 度，纵摇角随着正弦波变化时，舷角分别是0度或者180度时，此时伺服指向与艇艏线在一条直线上时，俯仰角的变化会随着纵摇角的变化而变化，但是纵摇角变化对方位角影响较小，因此纵摇角对方位修正值影响会很小，但对俯仰修正值影响很大。

仿真结果与实际分析结果相符，从而验证仿真结果的正确性。

3 结论

本文主要介绍了艇平台上雷达由于受到横摇、纵摇和航向变化导致实际雷达波束方向与本应该指向的雷达波束方向之间存在误差并修正的波束稳定算法。

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