科普中国网 09-15
火控雷达是如何对目标进行锁定的?
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简单来说,雷达的工作无非是两件事,扫描和跟踪。扫描,就是将目标检测出来,并获取其距离、方位、速度等参数。雷达截获目标后,就可以转为自动跟踪,即在一段时间内持续观测和记录目标的航迹,并计算出下一步目标出现的位置。雷达的跟踪,就是通常我们所说的 " 锁定 "。

雷达对单个目标的跟踪,包括距离跟踪和角度跟踪。

在距离跟踪里,目标回波信号与跟踪脉冲共同进入时间鉴别器,对二者的时间差进行比较,之后误差电压会输出至控制器,控制跟踪脉冲发生器提前或延迟工作,使跟踪脉冲与回波信号趋于重合,以实现距离自动跟踪。

角度自动跟踪则依靠角误差检波器检出误差信号,随后,经过放大的角误差信号会驱动雷达天线的俯仰和方位伺服电机(相控阵雷达上是移相器),行成闭环控制,使雷达波束始终自动对准目标。

雷达的跟踪,在技术手段上主要有四种体制。

第一,单目标跟踪(STT)。早期的炮瞄雷达、火控雷达采用这种体制,而对于现代火控雷达,STT 只是工作模式之一,可用于引导半主动制导导弹攻击目标。这种跟踪体制下,雷达会对准单个目标发出更频繁的脉冲,典型的重访时间为 0.1 秒,也就是 1 秒钟对目标完成 10 次量测,实现对机动目标的精确跟踪。好比追星族在路上看到一位明星,就开始目不转睛地盯着看,脖子一直跟着转,直到目标走出视野。

第二,自动检测及跟踪(ADT)。常用于民用空管雷达和军用对空监视雷达、机载预警雷达。在这种体制中,雷达天线不会因为跟踪目标而 " 凝视 " 某个方向,扫描时怎么转的现在还怎么转,通过多次扫描目标,利用数据处理技术对属于同一目标的数据进行关联,逐一形成每个目标的航迹。其数据率受制于雷达天线旋转的速度,目标重访时间为 1~12s,但优势在于能同时跟踪大批量目标。好比追星族在机场候机大厅四下打望,看到了来自不同方向的影帝、歌后、女团、鲜肉,但他不盯着其中任何一个人看,只是统统记在脑子里,依旧继续打望。

▲ 监视雷达多采用自动检测及跟踪或边扫描边跟踪的模式,比如图中 E-3A 预警机安装的 AN/APY-1 雷达,在顺次获得目标 7 次回波后即可建立跟踪。

第三,边扫描边跟踪(TWS)。曾广泛用于早期的飞机着陆引导雷达、火控雷达和机载雷达。它与上面 ADT 体制的区别在于,观测区域更小,所以能在对一片扇形区域进行快速扫描的同时,完成多个目标跟踪。好比追星族只盯着机场到达口,飞速打量着出来的每个人,并把明星从人堆里区分出来。

▲ 机械扫描的火控雷达处理多目标的能力相对有限,图为 SU-27 早期型装备的 N001 雷达,在边扫描边跟踪模式下能同时跟踪 10 个目标,确定打击目标后转为单目标跟踪方式,引导 R-27 导弹攻击。

第四,相控阵跟踪。电扫相控阵技术的出现,使雷达波束能够在毫秒级的时间内转换扫描方向,因此既有 STT 的高数据率,也具备 ADT 的多目标探测能力,是现代火控雷达的更好选择。就好比成百上千个追星族站成几排,一人拿着个激光笔,看见各自的偶像就用光束照过去。

▲ 相控阵雷达的波束控制能力强悍,使机载雷达能实现对 10~20 个目标的同时跟踪。图为装备 F/A-18E/F 的 AN/APG-79 有源相控阵雷达,可同时跟踪 20 个目标。

马岩:军事科普活跃作者,毕业于解放军理工大学,有多年部队信息化部门任职经历,擅于普及电子战相关知识。近年来累计发表科普作品 20 余万字,负责少年儿童出版社第六版《十万个为什么》丛书的雷达与电子战部分。

出品:科普中国

作者:马岩

策划:金赫

监制:光明网科普事业部

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