大动态目标快速捕获跟踪技术

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1、大动态目标快速捕获跟踪技术　　摘要：针对黑障区目标运动特性以及目标出黑障区的运动特性，在大速度和高加速度的情况下，提出了测控天线大动态目标快速自适应捕获跟踪技术，解决了对于某些任务弧段，由于中心给定的理论预报可能与实际存在较大误差，或任务实施阶段出现异常情况，造成轨道偏差较大，同时目标动态特性、天线速度加速度高的情况下快速捕获跟踪目标的难题。　　关键词：黑障快速捕获大动态目标跟踪　　中图分类号：TN850文献标识码：A文章编号：1007-9416（2016）05-0000-00　　Abstract：Aimatthemovementch

2、aracteristicofthemaneuveringtargetsintheblackout，aquickcaptureandtrackingmethodisstudied.Itmaybehardtocatchthetargetbecausethereissomeerrorbetweentheacademicorbitandtherealorbitduetotheeffectoftheblackout.Thismethodsolvedthepuzzleofcaptureandtrackinghighspeedmaneuvering

3、targetswhichismovingwithahighspeed.　　Keywords：blackout，quickcapture，trackinghighspeedtargets7　　天线跟踪的方位速度和加速度以及俯仰速度和加速度的提出是依据目标的运动规律决定的，这些和目标的轨迹、速度、加速度以及地面测站的设置位置有关。分析飞行器的飞行轨迹可以知道，飞行器飞行轨迹可以大致分为如下几种形式：高弹道、低弹道、正常弹道三种，对于每种飞行弹道来说，都有初始段和飞行再入段，根据项目背景需求分析可以知道，对于某系统来说主要跟踪的是高弹道的再

4、入段、低弹道的再入段、高弹道的初始段、低弹道的初始段。在飞行器的起飞降落阶段主要是俯仰角速度和角加速度比较大；在正常弹道飞行阶段主要是方位角速度和角加速度比较大；各种弹道的初始段或再入段也是方位角速度和角加速度比较大。由自动控制原理可知，系统的动态性能与稳态精度存在矛盾，获得良好动态性能的同时可能会损失稳态精度，对于测控站大动态目标的捕获和跟踪来说，不但要求实现目标的快速捕获，而且跟踪精度要高，解决动态性能和稳态精度的矛盾可以采用多模式自适应控制技术，即在捕获模式和跟踪模式下采用不同的控制结构。（如图1所示）　　1技术原理　　1.1目

5、标特性分析　　在某车载多波束测控系统校飞过程中，目标运动线速度约为800km/h，近端航路捷径为550m。地面测站跟踪飞行器，假设在某一较短时间内可认为地面测站所能跟踪的区域目标等高、匀速、直线飞行，如图2所示。　　在不同的仰角时，对于跟踪航路捷径均为550m时，飞行器飞行的高度是不同的，但是伺服方位最大跟踪角速度是相同的，都为23.162°/s，方位最大跟踪角加速度为6.082（°）/s2。实际上我们在跟踪动态目标时，这种情况基本是不会出现的，仅仅出现某一个点（某个方位角和俯仰角）达到方位的最大角速度和角加速度。7　　针对如此高动态

6、的目标，该系统的位置环闭环环路带宽为4.5Hz左右才能实现过顶跟踪而不丢失目标，这就要求天线座机械结构的谐振频率达到18Hz才能满足要求，以目前的技术条件是绝对不可能实现的。在天线的实际测试过程中，该测控系统的天线座机械结构的实际谐振频率只有6Hz左右，即使考虑到空间仰角方位上的正割补偿因素，仍然无法实现过顶跟踪。　　1.2多模自适应捕获跟踪切换控制技术　　在多波束测控系统中，波束控制系统使用扫描的方法对天线阵的每一个馈源进行扫描，查找信号最大值，根据最大值的位置查表获得偏差量后引导天线控制系统对准目标主波束。这种工作体制导致了引导数

7、据存在三个缺点，首先是引导数据的阶跃跳变，由于波束控制系统通过查找接收到最强信号的馈源位置，受到馈源自身宽度和馈源之间安装间隙的影响，馈源与馈源之间必然产生盲区，因而导致了数据的不连续。其次是由于波束控制系统遍扫所有馈源需要一定的时间，导致其数据更新率低于天线控制系统闭环控制频率。再次当天线运动至主波束边缘时，波束控制分系统与基带分系统引导数据在交接上存在跳变。由于这三个缺点的同时存在，使用传统的PID控制算法必然导致了天线的震荡和收敛调整时间的延长，对于高速运动的目标无法实现捕获。天线轴角曲线与波束控制系统引导数据曲线如图4所示。　

8、　假设将目标视为静止不动的，由于受到机械伺服带宽、电波束带宽和基带带宽的共同影响，所以天7线相对于目标的运行速度不能太大，此相对运动速度Vm的数据可以通过实验获得，当相对运动速度超过Vm时，就会导致电波束丢失，无法完成引