平台相控阵雷达导引头制导技术研究

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针对全捷联相控阵雷达导引头隔离度正反馈特性导致的制导回路严重失稳风险,提出了平台式相控阵雷达导引头设计研究思路。通过结构设计、性能分析、误差源引入以及制导性能影响等方面的研究,开展了平台相控阵雷达导引头弹目视线提取方案及其技术可行性论证,该方案以增加框架结构为代价,获取隔离弹体摆动干扰的性能,降低导引头隔离度幅值,从而规避了全捷联相控阵雷达导引头正反馈隔离度的影响。其设计思路、弹目视线提取原理、各项误差源影响程度以及滚转弹体的应用等研究成果可为对空导弹相控阵雷达技术的工程应用提供理论参考。分别对全捷联相控阵雷达导引头弹目视线跟踪原理、传统平台导引头的视线提取机理以及框架的选择进行论述,构建了平台相控阵雷达导引头初步设计方案,在此基础上,进行了基于负载、框架角变化、天线阵面面积以及武器系统作战闭环的影响分析,以框架取代原全捷联相控阵雷达导引头的弹体部分,完成了详细的平台相控阵雷达导引头模型设计。设计结果表明:方案合理可行,平台相控阵导引头兼具相控阵雷达快速扫描跟踪以及平台导引头隔离弹体摆动的优点。根据相控阵雷达和平台框架跟踪回路以及弹目视线角速度提取点的不同,构建了4种导引头弹目视线跟踪及制导信号提取方案,通过模型简化并引入合理的参数,分别研究其对弹目视线角速度的阶跃响应、不同频带制导信号的跟踪以及快速性对制导性能的影响,得出了其中最为合理的导引头信号输出方案。利用平台相控阵雷达导引头快速目标跟踪能力,进行了两框平台相控阵导引头旋转弹体应用技术研究,分析了不同频率弹旋下波束角、框架角及单脉冲测角的变化规律。研究结果表明:导引头能很好地跟踪制导高频信号,并可适用于高频率的滚转导弹末制导。引入不同的误差源模型,分别对单脉冲测角误差、移相器量化误差、雷达波束标定误差、角速率陀螺动力学、天线罩误差、单脉冲测角纯延时、波控纯延时、探测器安装零位以及角速度零位误差等对隔离度以及制导回路的影响进行了详细的分析。比较了同等误差源条件下,全捷联相控阵雷达导引头、平台抛物面雷达导引头以及平台相控阵雷达导引头在弹目视线角速度提取以及制导性能上的影响区别。研究结果表明:波束标定误差和天线罩误差是影响隔离度正反馈的主要原因,平台相控阵雷达导引头能显著减小波束标定误差的影响。为更好地说明全捷联相控阵雷达导引头正反馈的失稳风险,并针对常用隔离度计算方法的局限,提出了一种引入制导回路且将隔离度和脱靶量一一映射的导引头隔离度指标计算方法。建立典型对空作战的雷达导引头误差源,分析其在不同隔离度下对脱靶量的影响,考虑实际工程中隔离度幅值可能出现波动的情况,从脱靶量取值时间、脱靶量发散速度、隔离度幅值裕度以及有量纲脱靶量阈值4个方面综合判断隔离度幅值指标,并在指标计算的基础上进行了全捷联相控阵雷达导引头和平台相控阵雷达导引头的隔离度指标及对应误差精度分配。研究结果表明:典型对空环境下对隔离度正反馈的指标要求严苛,平台相控阵雷达导引头隔离度相比于全捷联相控阵雷达导引头消除了波束控制误差的影响。在导引头隔离度水平确定的情况下,不同性质的导引头隔离度与幅值对制导控制回路的影响不同,为此开展了隔离度生成机理分析,并基于制导控制回路引入了更为直观的频域分析法。导引头隔离度的产生原因主要有平台隔离性能、天线罩误差斜率、探测器刻度尺和动力学不一致以及信号延时不一致等,考虑隔离度正反馈影响条件下,比例导航比系数、仿真阶数、攻角时间常数和末制导时间常数等设计均改变隔离度的影响程度。最后通过引入寄生回路,对不同结构导引头的制导指令到过载响应的情况进行了频域分析。分析结果表明:只有平台导引头隔离度性质为负反馈,其他因素的影响都将极大增加正反馈概率;导航比系数需设计得偏小、攻角时间常数需设计得尽可能小,末制导时间常数需设计适中,正反馈的影响主要集中在低频段,负反馈的影响主要集中在高频段。
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