雷达跟踪

连续跟踪一个目标并测量目标坐标的雷达。它还能提供目标的运动轨迹。跟踪雷达一般由距离跟踪支路、方位角跟踪支路和仰角跟踪支路组成。它们各自完成对目标的距离、方位和仰角的自动跟踪，并连续测量目标的距离、方位和仰角。相干脉冲多普勒跟踪雷达还具有多普勒频率跟踪的能力，并能测量目标的径向速度。　跟踪雷达对目标方位、仰角的自动跟踪，就是雷达天线追随目标运动而连续地改变其指向，使天线电轴始终指向目标。实现这一追随过程，需要在雷达和目标之间建立闭环反馈控制。当雷达自动跟踪一个目标时，某一瞬时因目标运动到一个新的位置而偏离了天线电轴指向，便在目标与天线电轴指向之间产生一个夹角，称为角误差。角误差使天线系统有误差信号输出，接收机对误差信号进行放大和变换后送到天线的方位、仰角驱动放大器的输入端，经功率放大后控制方位、仰角驱动电机，改变天线电轴指向，使天线电轴重新瞄准目标。这就是雷达对目标的角坐标自动跟踪过程，包括角误差信息提取、误差信号处理和对天线电轴指向的控制。跟踪雷达因角误差信息提取方法不同而形成几种不同的测角体制或类型。　距离自动跟踪是基于比较目标回波脉冲与测距波门之间的时间差（时间差与距离差有严格的对应关系）的原理。比较出时间差，就可以控制测距波门移动到目标回波距离上，即完成对目标的距离跟踪。　发展过程 　跟踪雷达起源于对火炮瞄准控制的需要。最早用于火炮瞄准的雷达，是1938年美国陆军通信队研制的手控跟踪雷达SCR-268，它采用波束转换法测角,角度测量误差约为 1°。这种雷达一直使用到第二次世界大战的后期。1944年，美国的新型微波炮瞄自动跟踪雷达SCR-584投入使用，采用圆锥扫描测角体制,角跟踪误差（均方根）约 2密位。提高角跟踪精度是研究跟踪雷达的主要课题。早在1940年，美国海军实验室已开始研究一种新的测角体制──同时波瓣法，后来称为单脉冲法。单脉冲法能在一个回波脉冲里完全确定目标的角位置，也可消除目标反射截面积变化所引起的测角误差。1947～1948年，在地面导弹和机载火炮控制中已开始使用单脉冲法跟踪雷达。但是，具有代表性的单脉冲精密跟踪雷达却是1956年美国无线电公司研制的靶场测量雷达AN/FPS-16,其角跟踪误差（均方根）为0.1～0.2密位。60年代末期，一些国家开始研究同轴跟踪技术。同轴跟踪技术采用准确的静态、动态标定，先进的数据处理方法和自适应跟踪技术来提高雷达的测量精度。1980年,美国在夸贾林靶场建成再入多站测量系统，把再入测量的位置精度提高到优于4米，三维多普勒测速精度优于0.1米/秒。　中国的跟踪雷达技术的发展大体上分为两个阶段。在50年代仿制圆锥扫描体制的炮瞄雷达、机载截击雷达等；50年代末期开始单脉冲技术的研究。1960～1961年间研制出第一个微波复合比较器，对单脉冲天线的实现起了推动作用。1963年研制成功第一部单脉冲体制试验雷达，随后陆续研制出各种用途的单脉冲跟踪雷达。　跟踪雷达的应用日益广泛。不仅用于各种火炮控制、导弹制导、外弹道测量、卫星跟踪、突防技术研究等军事部门；而且，在气象、交通、科学研究等领域的应用也日益扩大。　类型 　跟踪雷达的类型按测角体制划分，主要有波束转换法、圆锥扫描法和单脉冲法等三种，它们的主要区别是角误差信息的提取方法不同。 　①波束转换法：测角原理是改变空间波束位置，并比较同一坐标平面内两个波束位置上（图1）所收到的对应回波脉冲的幅度来提取目标的角误差。两个回波脉冲幅度差的大小与角误差成正比，幅度差的符号表示目标偏离的方向。空间波束位置一般是靠波束转换开关按一定顺序逐个接通天线的四个馈源来控制的。这四个馈源上下、左右配置，在不同时间形成上下、左右四个波束，每个波束位置均完成信号的发射和接收。上下波束提取目标的仰角误差信息；左右波束提取方位角误差信息。有的雷达采用五个天线馈源，这时中间一个馈源完成信号的发射，周围四个馈源分时接收信号。波束转换法的优点是波束转换开关可以不承受高功率。　②圆锥扫描法：产生一个连续旋转的扫描波束来提取目标的角误差信息。这个扫描波束的最大值方向与旋转轴之间有固定的夹角。波束中心线（最大值方向）的扫描轨迹为一圆锥面，因而称为圆锥扫描。如果目标位置偏离旋转轴（天线电轴），接收的回波信号幅度就受波束扫描调制，形成调幅的误差信号。调制频率为圆锥扫描频率,调制度的大小与角误差成正比,相位由目标偏离方向决定。因此，波束扫描时形成的调幅误差信号包含了目标角误差的全部信息。圆锥扫描跟踪雷达（图2）的天线输出的误差信号经接收机放大和检波后,输送到方位、仰角误差相位检波器,误差相位检波器的基准信号分别是频率相同（圆锥扫描频率）而相位正交的正弦、余弦信号。相位检波器的输出即为方位、仰角误差信号，经功率放大后控制天线旋转，使天线电轴指向朝着角误差减小方向运动。自动增益控制电路的作用是完成误差信号的归一化，使误差检波器输出的方位、仰角误差信号的大小正比于目标的角误差，与目标的距离和反射截面的大小无关。 　③单脉冲法：按提取角误差信息方法的不同，可分为相位比较法和幅度比较法两种。应用较多的是R.M.贝奇提出的幅度比较法和差式单脉冲。这种方法是在方位、仰角两个坐标平面上同时形成两对交错的波束，一对测量方位角误差，另一对测量仰角误差。这种交错的四个波束可由四个馈源喇叭照射同一反射器（或透镜）来实现。馈源喇叭的输入端分别与双 T网络的输入臂相连，双 T网络的差臂分别形成方位差波束和仰角差波束。差波束是两个交错波束相减后得到的，因而具有奇对称的图形。两波束等幅度的相交点形成差波束的零点。目标位于差波束零点方向时无误差信号输出，目标偏离零点方向时就有误差信号输出。误差信号大小与目标偏离的角误差成比例，极性决定于偏离的方向。差波束的图形就是误差电压特性曲线。图3是单脉冲雷达测角原理框图。天线采用五喇叭卡塞格伦型式（见反射面天线），中间喇叭形成和波束，发射射频能量照射目标和接收目标的回波信号送距离跟踪支路，以及为角跟踪支路的相位检波器提供基准信号。周围四个喇叭分别形成方位差波束和仰角差波束。接收机有三路：和支路、仰角差支路、方位差支路。为保证和支路、差支路间相位的一致性，三路共用一个本振。相位检波器输出的仰角、方位误差信号控制伺服驱动电机，使天线指向跟随目标运动。单脉冲雷达的三路接收信道，大大增加了复杂性。为简化系统结构，接收机采用单路或双路接收信道。这种系统的缺点是方位、仰角支路之间有交叉耦合，使雷达测角精度降低。 　跟踪雷达的角跟踪精度受很多误差因素的限制，其中主要是跟踪噪声误差，包括目标噪声、伺服噪声和接收机热噪声。目标噪声又包括目标幅度起伏噪声和角闪烁噪声。　距离自动跟踪　跟踪雷达中距离自动跟踪几乎都采用分裂波门法，其测距波门是一对前后毗邻的波门。当目标回波信号的视频脉冲中心与分裂波门中心不重合时，测距系统中的比较电路──时间鉴别器就有误差信号输出，控制分裂波门的时延，使分裂波门中心对准目标回波视频脉冲中心。这时，分裂波门中心所对应的距离就是目标的距离。距离跟踪系统按其物理结构形式分为机电式、电子模拟式和数字式。随着数字技术的发展，数字式距离跟踪系统越来越显示出其优越性。　速度跟踪在跟踪雷达中,速度跟踪的原理和脉冲多普勒雷达一样，是检测发射信号和目标回波信号之间的频率差。速度跟踪不仅能实时测量目标的径向速度，而且可在距离、角度跟踪支路进行相干积累处理，扩展雷达跟踪距离，增加雷达的速度分辨能力