海军武器工程导论

跟踪系统

跟踪系统的目的是在近连续的基础上确定目标的位置或方向。理想的跟踪系统将保持接触并不断更新目标的轴承（方位角），范围和高度。跟踪系统的输出可以被发送到消防控制系统，该系统存储信息并导出目标的运动，从而源于其未来位置。正如我们将看到的，跟踪系统不仅提供了以下功能的自动目标，而且还可以以足够的准确性来确定目标的位置，以便武器交付。

雷达伺服跟踪系统

最基本的跟踪系统设计之一是伺服跟踪系统。在这里，雷达天线最初被训练到一个目标，之后它自动保持指向目标，因为它跟随它的运动。此外，该系统还向操作员和火控系统提供连续的位置信息。天线由电机旋转，电机向控制器提供负极位置反馈信号。这个子系统称为a伺服机构．

图1所示。伺服机制

指令输入信号是天线的期望方位角。误差信号驱动电机重新定位天线，直到位置反馈表明天线处于所需的方位角，此时误差信号为零，电机停止。这种伺服机构可以与一个跟踪器，它确定方位角的目标，系统现在用作输入。

图2。伺服跟踪
机制。

这是相同的伺服机构框图，但输入来自跟踪器。这种组合被称为雷达servo-tracking系统．该系统的核心是跟踪器，跟踪器接收回波信号和位置信息，确定目标的位置。有几种方法可以做到这一点，其复杂性和准确性各不相同。

考虑以下数据，这可能是作为一个圆形扫描雷达平移目标。

图3。返回的力量
波束扫过目标。

单个的收益显示为竖线。当光束扫过目标时，会产生8个回波，其强度会增加，直到目标位于光束的中心，然后下降。目标位置可由最大返回强度点确定。但是，由于最大回波的范围很广，无法高精度地确定目标的准确位置。当然，我们可以在波束宽度的一定范围内定位目标，但使用这个系统，跟踪精度不会比波束宽度的四分之一好多少。这仍然不足以运送武器。

采用双光束系统可以提高测量精度。这两束光在角度上向两边偏移了一小部分。梁之间的中心被称为轴线．

图4。双光束。

这两束光可以通过双馈系统产生，在双馈系统中，两束平行的光轻微地向一侧或另一侧馈入反射器。当光束被反射时，进给轴上的偏移将导致光束以相对于轴向的角度被反射。

图5.偏移馈送变化
光束。

现在，当双光束系统扫描目标时，返回将是两个光束的总和。如果其中一个光束如果反相（或者制造），则结果将具有定义的目标位置，即光束之间的差为零。

图6。构建双
光束输出。

由于回弹力量在两侧变化迅速，因此可以非常准确地确定目标的位置。一个典型的雷达波束是3⁰宽，双光束系统可以跟踪目标0.1⁰准确，这对武器运送来说是足够的。

双光束系统的另一个特点是回波强度在目标附近近似线性变化。因此，即使钻孔不直接对准目标，也很容易测量目标位置。只要目标离中心不太远，目标位置和瞄准轴线的差异将与返回强度成线性比例。使用最大强度法，甚至不清楚如何确定修正方向来重新定位天线，因为返回强度在轴向的任意一侧都是相同的。

双波束系统也可用于仰角跟踪。事实上，单脉冲系统使用两个双波束系统，一个用于仰角，一个用于方位角。这就需要四束光束成对测量。

图7。单脉冲雷达。

双波束系统通常用于要求高精度的火控跟踪。双光束系统的射程有限，因为目标不在光束的最大功率部分。任一波束的目标都离轴。

距离跟踪

距离跟踪以类似于双波束角跟踪的方式完成。一旦测量了距离，跟踪系统就试图预测下一个脉冲的距离。这个估计值将成为下一个测量的比较参考。使用两个范围窗口进行比较早期和晚些时候盖茨范围。

图8。盖茨范围。

每个门的返回面积是通过积分计算出来的。在早期和晚期门的区域之间的差异与距离估计的误差成正比。如果两个区域相等，则返回值直接集中在范围估计上，并且没有误差。如果返回在早期门有更多的区域，距离估计太大，因此距离误差是正的。在距离估计的附近，距离误差与面积差之间存在线性关系。

图9。误差范围。

只要距离估计不太远，就可以确定跟踪误差并更新目标距离。同样，像双波束跟踪一样，距离跟踪系统可以以比系统的距离分辨率R更高的精度测量目标距离_res，这是由脉冲宽度和可能的脉冲压缩比决定的。

Track-while-scan (TWS)

在许多情况下，将整个雷达系统专用于跟踪单个目标是不可取的。我们已经看到伺服跟踪系统始终维护目标附近的天线。不幸的是，使用此方法跟踪时没有搜索功能。轨道 - 扫描（TWS）系统维护搜索功能，而计算机执行跟踪功能。TWS系统能够同时自动跟踪许多目标。此外，TWS系统还可以执行各种其他自动化功能，例如碰撞或关闭CPA警告。

TWS系统使用门来管理目标。我们已经看到了在距离跟踪系统中使用门的例子。TWS系统可以使用距离门、角度门、多普勒门和仰角门来区分目标。当第一次检测到目标时，计算机将分配给它一个收购门，它有固定的距离和方位(角度)边界，可能还有其他参数，这取决于系统。当雷达再次扫瞄目标时，如果返回的目标仍然落在捕获门内，计算机将启动对目标的跟踪。

图10。跟踪和收购
盖茨。

通过跟踪目标位置的历史，可以找到目标的路线和速度。任意时刻的距离、方位、航向和速度的组合称为目标的解决方案。它用于预测目标在下一次观测时的位置。一旦确定了解决方案，计算机就使用跟踪门关于其预测的位置。如果目标落在预测的跟踪门内，则计算机将改进其解决方案并继续跟踪。如果目标不在下次观察的跟踪门内，则会检查目标是否在a中把大门它围绕着追踪门。

图11。使用旋转门
在机动目标上保持轨道。

旋转门包含了目标自上次观测以来可能进入的所有区域。如果目标在旋转门内，计算机就会重新开始获取新的解。如果目标落在拐弯门外面，轨迹就会消失。系统将继续预测跟踪门，以防目标再次出现。根据系统的不同，操作员可能会被要求放下轨道。


用已建立的航迹分配观测值的过程称为相关性。在每个扫描过程中，系统将尝试将所有返回与现有曲目相关联。如果返回不能关联，则会分配一个采集门，并且再次开始该过程。在某些情况下，新目标可能属于现有的跟踪门。系统将尝试确定哪个返回是现有目标，并且是新目标，但可能无法正确这样做。当有许多目标时，或者当现有曲目相互交叉时，TWS系统很常见。在后面的情况下，计算机可以交换两个交叉轨道的身份。在所有这些情况下，如果错误的身份，操作员必须介入纠正问题。

图12。跨越铁轨。

TWS系统使用跟踪文件对于它跟踪的每个既定目标。跟踪文件包含与特定目标相关的所有观测结果。例如，观测的范围、方位和时间。该跟踪文件有一个唯一的名称，称为跟踪指定。这通常是一个简单的数字，比如“曲目25”。根据系统的不同，跟踪文件可能包含其他有用的信息，如目标的分类，如“船”或“飞机”。计算机在确定轨道和转弯门时可以利用这些信息。最后，轨道文件还包含了轨道运动的当前解决方案。有些系统保持解的历史，这在确定机动目标的模式时是有用的。例如，如果一个目标每15分钟改变一次路线，例如一个预设的“之字形”模式。

相控阵跟踪

我们已经看到相控阵雷达系统可以通过电子手段控制波束。但该系统也可以执行跟踪扫描功能。由于平面阵列有许多独立的单元，它们不需要全部用于形成一个波束。事实上，相控阵系统最大的优点是它的灵活性。SPY-1相控阵雷达有超过4000个单元，其中任意数量都可以组合成一个波束。例如，假设数组被分成每组40个元素。这将产生大约100个独立的光束。假设40单元阵列的波束宽度不会像4000单元波束那么小，但在更短的距离内可以充分发挥作用。


在相控阵雷达中，一些波束可用于搜索功能，另一些波束可用于跟踪功能。因此，您有了跟踪搜索功能，但还附带了与目标持续接触的好处。SPY-1能力的关键是一个强大的计算系统，足以执行所有必要的功能，以控制100多个独立的跟踪光束。

图13.多个光束
相控阵雷达。

跟踪网络

它是轨道 - 扫描系统的自然扩展，以创建一个在用户之间共享跟踪信息的系统。所需的只是传输轨道文件的内容，因为它包含所有观察和当前解决方案。追踪信息的共享已被广泛纳入现代战斗。现在存在全局命令和控制网络，这些网络在世界各地的用户之间共享此信息。



跟踪网络采用了一套标准化的符号来识别目标的类型。其中一些如下所示:

图14。一些标准
跟踪符号。

这些符号出现在现在用于命令和控制功能的通用操作图像显示器上。