雷达设备

本发明涉及目标自动跟踪和用伺服电动机操纵火炮的雷达设备。该雷达包括一付卡塞格伦（Cassegrain）天线，卡塞格伦天线配备有抛物面反射器和平镜，抛物面反射器配备有与极化有关的（polarization-dependent）反射装置，平镜配备有极化扭转的（polaarization-twisting）反射装置;天线的馈源喇叭安装在对准平镜孔径中心的位置，以通过卡塞格伦天线发射和接收辐射;雷达发射机和雷达接收机都与卡塞格伦天线相连;以及雷达数据处理器和伺服控制装置。

这类雷达设备可参见例如M.I.Skolnik“Introduction    to    Radar    Systems”第二版，242-243页。在这种已知的雷达设备中，其搜索和跟踪运动是用例如伺服电动机操纵平镜来实现的，这只允许这种已知的雷达设备的孔径具有有限的角度。要得到较大的孔径角，必须增加伺服电动机，以便转动整个卡塞格伦天线。这就增加了成本，且使平镜的控制就变成多余了。

本发明的雷达设备消除了上述缺点，其特征在于，将卡塞格伦天线安装在炮筒的无后座力的部位，而且雷达接收机、雷达数据处理器和伺服控制装置都设计得使火炮及其上面的卡塞格伦天线在第 一类式工作模式时能够自动跟踪目标。

在上述雷达中，用简单的控制装置可以控制平镜，有利于瞬时产生导前角。

根据本发明的雷达设备的一个较佳实施例，其特征在于，平镜带有执行器（actuators）且受数据处理器控制，以便在第二类工作模式时在火炮中心线与卡塞格伦天线的瞄准线之间产生一个偏角。

卡塞格伦天线安装在火炮筒上也可能有缺点，即放炮时的振动会传到天线。在卡塞格伦天线重心周围会产生旋转振动，因而对目标位置的精密测定会产生不良影响。已知利用单脉冲雷达或圆锥扫描雷达接收装置对目标角度误差测量，它对这种影响敏感。

本发明的雷达设备的另一较佳实施例其特征在于，卡塞格伦天线配备了能检测出放炮引起旋转振动的旋转传感器，其特征还在于，数据处理器能根据旋转传感器的输出信号产生控制信号来控制执行器使得卡塞格伦天线的瞄准轴不因火炮的旋转振动而变化。

振动不但会使卡塞格伦天线产生旋转，还会产生轴线方向的位移。位线会使静止目标具有视在的多普勒（Doppler）速度，旋转会使目标的多普勒速度发生明显的变化。旋转和位移的后果都会使这里所述的多普勒型的雷达性设备的性能下降。雷达设备工作的工作波长相当短时，上述的后果越显著，本发明的雷达也如此。装在火炮上的抛物面反射器很小，这样的抛物面反射器才是令人感兴趣的，但它只能用于短的波长。

本发明的另一较佳实施例其特征在于，卡塞格伦天线配备有位移转感器，用以检测天线轴向因放炮引起的振动位移，其特征还在于，数据处理器根据位移传感器的输出信号产生控制信号，用以控制执行器对于发射的的接收雷达辐射而言使该位移基本上得到补偿。

下面参照附图详细描述本发明。

图1示出卡塞格伦天线与火炮可以制造成为一个组件的示意图。

图2示出本发明的卡塞格伦天线的一种可能方案。

图3示出雷达设备与火炮联动工作的第一个实施例。

图4示出雷达设备与火炮联动工作的第二个实施例，其中考虑了对火炮引起的振动的补偿。

图1示出卡塞格伦天线1与火炮2可如何制做成一个组件的。图1中火炮上设有炮筒3，当发射炮弹时反冲（后座力）很大;还设有炮筒导向套4，在发射炮弹时只有轻微的反冲力。火炮上还设有炮筒3方位转动用的伺服电机5和仰角转动用的伺服电机6。卡塞格伦天线安装在炮筒导向套4上。这种在炮筒3附近的定位在炮筒3的中心线与卡塞格伦天线1的瞄准线之间只产生很小的视差，卡塞格伦天线1能可靠地跟随炮筒3所作的每一个运动。

图2是卡塞格伦天线1的剖视图。单脉冲型雷达或圆锥扫瞄型雷达的馈源喇叭7向抛物面反射体8发射具有预定的极化方向的雷达辐射。抛物面反射体8设有与极化有关的反射装置，如金属线，使 这些金属线定位得正好能反射极化的雷达辐射。举例说，如果雷达辐射是水平极化型的，如果金属线是水平方向放置的话，则可以获得几乎全反射。反射的雷达辐射打到平镜9上，平镜9上设有极化扭转的反射装置，例如金属线，相对于雷达极化辐射的极化方向成45°角，与反射镜相结合，定位在离雷达辐射的1/4波长距离处。如雷达技术中众所周知的，这反射出去的极化方向相对于原来的极方向已经扭转90°。其结果是，第二次打到抛物面反射体8后的雷达辐射离开卡塞格伦天线1发射出去。

由目标反射的雷达辐射以相同的方式提供给馈源喇叭7，这完全符合电磁辐射的互易原理。

本雷达设备还设有一个雷达发射机10和一个雷达接收机11，该发射机接到单脉冲馈源喇叭上该发射机和接收机两者都可以与卡塞格伦天线1做成一个整体。如果卡塞格伦天线1瞄准着一个目标，则雷达接收机11产生一个仰角误差电压△B、一个方位误差电压△E、一个和电压∑及从目标到雷达的距离R，以供下一步处理，正如通常用于单脉冲或圆锥扫瞄雷达那样。还如在现有技术可知的，该雷达能够提供与目标运动速度V有关的信息。

图3示出雷达设备和火炮联动工作的第一实施例的示意图。由雷达接收机给出的误差电压△B、△E、∑与目标距离R和目标动动速度V都馈送给雷达数据处理器和控制装置12，按照一种在现有技术中公知的方式，控制伺服电机5和伺服电机6，例如产生最小的误 差电压值，然后，使炮筒3直接瞄准目标。

由于地心引力影响炮弹在飞行时的轨迹以及目标具有自身的速度，因而火炮直接瞄准目标并不能真正击中目标。考虑到述情况，火炮在瞄准目标时通常附加一定的导前角以补偿这些和其它的弹道因素。在本文描述的雷达设备的情况下，这可借助稍微地转动平镜9为达此目的，平镜9是可活动地装配的，如图2所示，将它装成执行器13的顶端。适当地驱动执行器13就能使平镜9绕其中心在任何给定的方向上转动一个角度，譬如说角Φ。这导致该雷达设备的瞄准线转动2Φ角度。当用雷达设备自动跟踪目标时，上述的目标是以第一类工作模式被跟踪的，根据所获得的数据，雷达数据处理器和伺服控制装置12确定所需的导前角。在发炮之前和发炮期间，以第二类工作模式通过适当控制执行器13来实现所需的导前角。

为了确定许多弹道数据（这共同确定导前角），了解炮筒3的绝对位置是必需的。为此，火炮2上配备有方位角编码器14和仰角编码器15，这两编码器的输出数据馈送到数据处理器和伺服控制装置12。这两个编码器还可有益地用于将炮筒3初始瞄准一个目标，因为目标的原始位置数据往往来源于别的传感器。数据处理器和伺服控制装置12操纵控制伺服电机5及6使炮筒3的位置与所接收的原始位置相对应，然后进行搜索扫描，正如现有技术中众所周知的那样。

当火炮2连发时，不管炮筒导向套4的后座力多么轻微，后座力 会使卡塞格伦天线1振动。这种振动可分解为围绕该天线重心的旋转运动、在瞄准线的方向上的移和垂直于瞄准线的方向上的位移。垂直方向上的位移仅仅影响火炮的控制，但是围绕重心的旋转和瞄准线方向上的位移须采取额外的措施，围绕重心的旋转直接影响输出的误差电压。然而旋转角Φ可以借助平镜9旋转-1/2Φ角度来补偿掉。在这方面，将平镜9做成轻型结构而且使执行器13和所需的控制器有足够的带宽来补偿因炮筒引起的旋转是适宜的。执行器13可以根据音圈的原理设计成线性执行器，所需的刚度和精度可利用反馈回路来获得。此外，很重要的一点是将雷达设备的发射频率选择得高些，使得卡塞格伦天线1的尺寸变小，因而使平镜9小而轻，于是宽的带宽就更容易地实现了。

视线（瞄准线）方向上的位移会使静止目标具有视在多普勒速度。这会严重地损害雷达系统的性能，该雷达系统在本文描述的应用场合中是动目标显示（MTI）及动目标检测（MTD）型的雷达。特别是在接近地平线目标跟踪时会出现现有技术中公知的地物干扰漏过（clutter    breakthrough），这可招致目标的丢失。当雷达设备的发射频率提高时，这种情况的后果更为显著。

在MTD雷达中采用了多普勒滤波器组来精确确定目标的运动速度，使用速度信息来区别目标及其背景。卡塞格伦天线1在视线方向上的位移影响速度的精确的确定，会招致目标的丢失。在雷达设备的发射频率越高时，上述情况的后果越严重。

在卡塞格伦天线1的尺寸为一方，以上述问题为另一方，在这两方面之间的适当的折衷是在雷达发射频率为15-30GHZ时得到的。在这些雷达发射频率时，对上述的位移须进行补偿。利用平镜9能够实现补偿，在卡塞格伦天线1位移的距离为d时可将平镜移动-d/2。

图4示出雷达设备与火炮联动的第二个实施例图（在此例中上述的补偿已经实现了）。在图中卡塞格伦天线1上配备有传感器箱16，用以产生表示方位和仰角方向上转动的信号φ和θ，还产生表示视线方向上位移的信号r。为达此目的，传感器箱16包括一个力补偿的加速度传感器，来测视线方向的加速度，其后跟随一个积分器。为产生信号φ及θ，传感器箱16例如包括一个速度陀螺（rategyro），来测定方位及仰角方向的角速度，其后跟随两个积分器。在连发炮弹前启动上述积分器，就可以精确地测定位移量和旋转角。测量值φ、θ及r馈送到雷达数据处理器和伺服控制装置12。该装置12确定所需的补偿量，并补偿火炮引起的旋转量，还将已得到的补偿量与导前角结合在一起送到几个执行器13作为控制值ri＝1，…，n。