超级军网微型计算机在跟踪雷达中的应用
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/29 03:45:29
<P>1 引言</P>
<P>随着航天发射活动的频繁，为了保障靶场安全、承担着飞行运载器轨道测量和卫星跟踪，必须尽可能配备相控阵靶场测量雷达。</P>
<P>世界上的局部战争和冲突经常发生，在每次实战中，空中的侦察机、轰炸机、战斗机和导弹的大量突防有很大的威慑作用。在1991年海湾战争中出现了以导反导的战例，使得对防战术导弹的研制日益加强。自1967年出现了分导式导弹。多弹头、子母弹和多导弹齐射等多目标武器不断得到发展，多目标测量就显得很有必要。为了对飞行导弹的捕获，需要采用相控阵雷达体制。</P>
<P>八十年代以来，"隐身"飞机的出现，使雷达后向反射截面将会降低20～30dB，这将对地雷达的生存能力构成极其严重的威胁。对于防空雷达而言，抗电子干抗、抗反辐射导弹、对付敌方的低空袭击和反"隐身"飞机是雷达必备的功能。九十年代，许多国家重视有源相控雷达的研制，因为它是提高灵敏度的有效方法，且它可提供灵活的同时搜索跟踪制导多功能工作。</P>
<P>出于战术导弹防御的需要，解决对非合作目标的识别问题的关键技术是逆合成孔径雷达信号处理技术，我国的逆合成孔径雷达技术正向实用化迈进。另外，相控阵天线是实现多目标逆合成孔径成像的必要条件。</P>
<P>八十年代，超大规模集成电路的突飞猛进，促进了微型计算机高速发展，但是微型计算机性能高而价格低。据1987年报道，Inter公司的单极微型计算机86/30性能指标均已赶上和超过了DJS-130小型计算机，Inter的386微处理器执行速度为3-4百万条指条/秒，Inter的486微处理器速度达15～25百万条指令/秒，1993年推出的美国奔腾微处理器以每秒执行1亿条指令的速度，足以完成过去只有小型计算机才能做的工作。Inter的P6(高能奔腾)速度高达每秒可处理3亿条指条，1992年推出的DEC公司的Alpha21064微处理器的运算速度达到3-4亿条指令/秒。1995年推出的DECchip21164微处理器速度高达每秒10.2亿条指令，这些微处理芯片的处理速度超过了1984年前的一般大型计算机的处理速度。</P>
<P>九十年代，计算机的热点是精简指令集计算机(RISC)。1995年，美国各大公司推出了采用超标量超级流水线的64位高速微处理器，例如Inter的P6、DEC的Alpha21164、HP(惠普)的PA-8000、IBM/Motorala的PowerPC620、MIPS的R100、Sun的VltraSPRAC、AMD的K5、Cyric的MI，这将使微型计算机的处理能力和处理速度得到极大提高，为高分辨率成像雷达和有源相控阵精密跟踪雷达的数据处理和实时控制赋于强大的活力。</P>
<P>2 精密跟踪雷达中应用微型计算机情况</P>
<P>精密跟踪雷达主要应用于导弹靶场测量、武器控制和制导。</P>
<P>精密跟踪雷达站中计算机的任务大致有下面四大项：</P>
<P>2.1 控制雷达各系统工作</P>
<P>控制天线在一定空域里搜索目标，控制天线在方位和仰角上引导截获目标，送出舰摇前馈(舰用雷达)和目标前馈来控制伺服系统使雷达高精度稳定地跟踪目标，送出跟踪引导值在距离上自动搜索和截获目标，跟踪跟上后，消除测距模糊，速度跟上后消除速模糊，在跟踪阶段自动控制主脉冲频率变化(跳频)以消除盲距。在跟踪阶段目标丢失时按一定准则选择数据引导雷达截获目标。</P>
<P>2.2 数据处理和轨道计算</P>
<P>对测量值进行零点、对测量值进行数据平滑、预测、内插和求导等来消除随机误差的影响，为此要对数据进行极坐标系与直角坐标系之间的转换，进行导弹和卫星轨道参数的计算，预报任何时刻目标的位置、速度、加速度和弹着点，在搜索时对目标检测。</P>
<P>2.3 对专用外部设备(如各种显示器、通讯机和X-Y记录仪等)的控制</P>
<P>显示实时时间、目标位置、速度、目标轨道等，可用X-Y记录仪实时显示目标的高度、落点和星下点等，通讯设备实时输入输出目标参数等。</P>
<P>2.4 数据记录</P>
<P>六十年代初，美国无线电公司在AN/FPQ-6、AN/TPQ-18测量雷达中引入通用数字计算机，最初只用数据校正、而后在根据预存的弹道数据来识别目标、并推算实际弹道。</P>
<P>在1970年，美国AN/MPS-36测量雷达采用了集成电路的计算机，它是24位字的通用数字数据处理器，它有8192个字的1.75微秒秒周期的存储器。程序可存储在磁带记录器上，雷达数据也可记录在磁带记录器上，雷达数据也可记录在磁带上。此小型计算机具有以下功能：①方位、仰角、距离和多普勒二进数据变换成便于显示的十进数据；②根据跟踪误差调整角伺服带宽；③方位和仰角的输出数据都经过计算机校正，消除角伺服滞后误差影响；④角轴编码器的偏差(天线座指北定位误差)、天线座水平位置误差以及天线下垂也都经过校正；⑤按"为变量嵌入法"，计算机解速度模糊并测速；⑥实现程序设计的距离模拟器和多普勒模拟器；⑦计算得出角度、距离和速度的标准误差，供系统性能检验；⑧控制台显示数据控制和格式编制。</P>
<P>在1974年10月开始装备的美国AN/TPQ-39(V)数字测量雷达上采用了Elipses200小型计算机(16位)，其功能为：系统工作方式控制、距离跟踪和角度跟踪以及自动增益控制和自动频率控制的五条回路的闭合、引导、扫描、数据采用、显示控制、捕获、程序扫描控制、自动伺服带宽、自动滑行、实时支态滞后误带校正等。</P>
<P>七十年代末，雷达信号处理也广泛采用数字技术，如动目标显示、动目标检测、恒虚警率、快速傅里叶变换、自动增益控制、测距等都实现了数字化甚至计算机化。如某火控雷达，其中的计算机应用情况与一般跟踪雷达相似，由计算机完成数据处理和监视控制、实现距离和角度伺服回路闭环滤波、捕获和跟踪、控制接收机状态和增益调节、故障自动检测，使雷达各分系统硬件数量减少。计算机系统的应用提高了雷达距离和角度以及速度的精度。也提高了雷达的可靠性。</P>
<P>据1984年报道，我国某跟踪雷达的微处理器是Seed-800016位微处理机，用于对整个雷达系统数据采集与矢量控制，此微机时钟4MHz，采用多总线，凡是Inter的单板机可直接插入使用，本接口采用中断查询方式。</P>
<P>据1986年国际雷达会议录报道：我国某研究所研制的机动测量雷达，其天线直径3.6米，此测量雷达用了一个16位微型计算机系统来数据处理。此外，此处理机控制雷达角度伺服以提供辅助跟踪，改善动态特性；它还执行数字相关和记录，检查雷达特性以及(在试验时)模拟各种轨道。1986年国际雷达会议录还报导了西安应用电子技术研究所的702火控雷达，在X和C双波段工作，采用了Inter8086微型计算机。</P>
<P>据1989年资料报导，航空航天某所的大型精密跟踪雷达上采用了双微机实时控制系统，将此测检雷达实时控制系统由模拟闭合设计成全数字闭合。在1986年2月1日我国发射实用通讯卫星时，这套系统工作可靠，顺利完成了卫星发射任务。近三年中多次执行任务，均工作出色，用的计算机中16位。系统由两块MC6800单极机控制，它们并行工作，其中一块为控制板，它的作用是与外设交换信息，接收键盘输入的各种命令，并把各种状态和数据显示在CRT(阴极射线管)屏幕上，供操作员监视。另一块微型机Ⅱ为处理机，它的作用是接收引导数据，采集雷达的实际指向角(即码盘值)，对数据进行各种处理，完成系统位置环的数字校正，对大型天线进行限速、限位等安全保护。引导方式有：手控引导、主机引导和自动跟踪。</P>
<P>国外在1987年的技术刊物上报导了一些有关单目标跟踪雷达的分布式处理网络，由控制处理机通过控制总线协调网络操作，各分布功能之间联系由控制处理机维持，控制处理机与功能处理机以主/从关系通过公共总线进行通讯。将计算机的处理负荷分散到整个系统中，以降低成本，提高吞吐量，可扩充功能以及使系统的研制更容易，可使可靠性增大数倍，体积减小等，这些性能是以集成电路的微芯片精加工工艺为条件的。</P>
<P>在美国海军埃吉斯防空系统中的AN/SPY-1多功能般载相控阵雷达就采用了分布式微处理机，它们是位片式AMD2901型微处理机系统，24位装置，可使主计算机AN/UYK系统的负荷减轻。利用微机完成坐标变换、数据格式化、天线方向图测量时的两维傅里叶变换、实现相控阵天线波束控制，检查与监控等，于1984年由美国无线电公司开始对SPY-1A改进而成SPY-1B雷达，使大部分波束控制器功能移到阵列上的电子设备内，除了采用甚大规模集成模数变换器和乘法器外，信号处理机还采用了十一个16位微处理机，它们是以AMD29014位片系列为基础的。处理机总存贮值约为5千万字节。顺便提一下，美国在1986年交付的"EALCON"二坐标海岸防御雷达信号处理机就采用了分布式微机以解决实时问题，以每秒36百万条指令的速度完成雷达信号处理和终端信息处理。在1983年巴黎航空展览会上展出了美国通用电气公司的数字式AN/APG-67雷达(在美国F-20战斗机上)。此APG-67采用了分布式计算方式，共用了八个微处理机。其中四个微处理机的每个单元都有一个Z8002处理机进行管理。雷达数据计算机已用5个，除了Z8002作单元处理机，还用一个1750A控制雷达基本功能。而雷达目标数据处理机包括一个1750A管跟踪、一个2910用来解距离模糊、另一个Z8002实现输出到雷达显示的扫描变换。1750为超高速集成电路(VHSIC)数字计算机。</P>
<P>法国汤姆逊无线电公司在八十年代研制的TRS2505(皮卡地)靶场测量雷达是X波段，此雷达对各种战术导弹进行跟踪测量和速度修正。该雷达用了四个微处理机。其管理计算机完成的功能为：接收、伺服回路数字化和速度回路控制、距离检测、角编码、数据录取、数字字符显示和人机对话、雷达工作方式选择、频率捷变、雷达测试和校正、指向轴和角误差斜率的校正等。动目标显示直接用微机处理，具有相参一次以消和快速傅里叶变称加权滤波功能，以有效抑制地杂波和海杂波，确保目标精密跟踪，还可同时跟踪两个不同速度的目标，实现了速度和脱靶量的测量。有12位A/D变换，根据微程序控制，有8、16或32点FFT。</P>
<P>由于16位字长可初步满足雷达中控制精度要求，在八十年代中期，我国许多种雷达陆续使用了以8086为CPV的单板微型计算机。由于它体积小、安装方便、成本又低(约一千元)，而且有丰富的OEM(初始设备制造厂家)板和RM×86实时多位任务操作系统。</P>
<P>现代雷达对其数据处理和控制计算机的基本要求是高速度、大容量、多通道。要求计算机同时具有较强的数据处理能力以及多通道实时响应和控制能力。为此，确立了面向高速响应而用于实时处理的共享总线/存贮器结构的分布式多处理机系统。雷达计算机采用不同程度的多处理机体制，可改善系统性能，提高可靠性和灵活性，而且可避免选用通用计算机所造成的浪费，又可减小专用接口设计上的大量耗费，缩短了研制周期。八十年代初，雷达选用了小型通用计算机，大量耗费在设计非标准专用接口上，另外通用计算机外部通道少、带宽窄和价格高。以前用的DJS-130型国产小型机，单价高达2～3万元。</P>
<P>单板微型计算机的高吞吐率、各板的多种互扩仲裁逻辑和双口存贮器是多微处理器系统有效的三大支柱。根据系统中各专用环节的不同要求，设计选择相应功能的模块。能控制总线通道的模块为主模块(或称主机)，每一从属单元(存贮器单元或I/Q寄存器或者其它微处理机)都用特定的地址加以标识，采用中断程序的I/Q控制技术，即用中断控制器按优先级控制。外围处理器可看作主处理机的I/O端口。多微机系统的开发，关键问题是系统控制软件的编制。因为商用实时操作系统比雷达的时间响应要求慢了3个数量级，通用操作系统中的I/O驱动、文体管理、任务管理和人机界面等系统开销惊人。</P>
<P>八十年代的32位微处理器的美国Inter的386、Motorola的MC68020、得克萨斯的仪器公司的TMS32020等，这些32位微机在速度和精度上基本可满足现代雷达要求。如钟频16MHz和80386微处理器的执行速度高达3-4百万条指令/秒，而不同数据处理要求的雷达要求计算机吞吐率为1～6百万条指令/秒。另外，可增加单元模块来增加吞吐率，例如将原SBC86/30单板微型机换为SBC286/12单板，可在配置及软件不变前提下，使系统吞吐率增加3-4倍。在1985年报道Inter80386微处理机，按100个批量计，16MHz型80386单价为4000元，12MHz型80386单价约3000元人民币。</P>
<P>我国某研究所的测量雷达改进型，于1987年装备，成为卫星入轨区的主要测量设备，是采用微处理机的单脉冲精密跟踪雷达。此雷达使用三个CPU(8086、8087、8089)十六位系统机一台长城86/360，它替代原站计算机作终端，实时完成测量数据录取、记盘、合理化检验、误差修正、格式变换、通过通讯接口送中心计算机，并接收中心计算机来的引导数据经坐标变换后送各分机；还有事后处理进行精度分析。该雷达还使用8086系列十六位单板计算机五台，280一台。其中，伺服系统用2台完成位置回路和速度回路校正环节功能(系统参数可由软件改变)兼作本分系统故障监测。另三台TP-86A单板计算机实现各分机监测(BIT)及各种显示；再另外通讯和用一台280完成高数据链控制规程编辑功能。</P>
<P>据1993年资料报道，由386微机、接口系统和应用软件构成的系统，已作为某测量雷达的实时控制主计算机，在多次执行任务中，取得了令人满意的结果。该微型计算机主机系统主要作用为：参与跟踪雷达的控制操作；对跟踪雷达的测量数据、雷达控制操作状态和雷达故障状态的测量数据、雷达控制操作状态台和雷达故障状态进行实时的采集、雷达控制操作状态和雷达故障状态进行实时的采集、处理和显示。太极386的CPU为80386，主频25MHz，RAM有640K字节，有40M字节硬盘和双软盘驱动器，CRT分辨率为1024×768。386微机系统应用软件用TurboC语言设计的，采用积木(分块)结构。程序设计采用主程序中设置20Hz中断程方式，要求在50毫秒内完成数据处理、采集和显示。采用美国Inter公司的机型作雷达实时控制系统中的计算机，除了它有丰富的OEM板外，还有实时操作系统支持系统运行。但DOC操作系统运行显示BIOS(基本输入/输出系统)程序时，存在独占CPV一段时间而不允许紧急事件响应，给实时控制的总数产生问题，所以就不用BIOS显示程序，而用专门编制的一套软件束实现雷达系统的有限功能。采用"直接写内存的方法"来进行显示，保证了实时性。实时录取数据，也不用BIOS提供的内部调用，而采取直接时设备进行控制。雷达跟踪的数据以文件形式实时记录在硬盘上，也可把跟踪数据写入扩展内存中，事后，把扩展内存中的数据打印出来或送入软盘中。显示器可图形彩色显示，可汉字(小字库)或字符显示。</P>
<P>3 相控阵跟踪雷达中[JZ]应用微型计算机情况</P>
<P>美国B-1B轰炸机的雷达截面中有一平方米，降低了两个数量级，今后的飞机或导弹等目标被采用隐身技术后，雷达截面积有可能降低2～3个数量级，则现有的雷达作用距离将降低到原来的1/3～1/6。</P>
<P>根据雷达距离方程，探测距离随着平均发射功率、雷达截面积(目标)和积累时间的1/4次幂增加，而且随着天线面积的平方根增加；噪声的降低与按同样比例增加发功率是等效的。信噪比改善受驻留时间(积累时间)限制。所以，雷达灵敏度的提高是通过对天线尺寸、低噪声接收机、高速信号处理及更大功率和更高频率的发射机的改进得到的。</P>
<P>有源相控阵是未来雷达系统发展的关键之一，有源相控阵是用射程技术/接收组件分配在天线阵列上。这就可减少对电源的要求(电源效率高)、减少射频损耗(移相器在低功率电平)、有宽的带宽和稳定的射频信号、可靠性高......等，还有此种天线的潜力为：雷达搜索和跟踪、武器控制的同时功能、故障弱化、自适应波束形成(同时多波束、甚低的旁瓣、自适应零控和系统指正)。另外，在相控阵雷达中，可步进扫描搜索方式工作，在一次检测到目标后，为了确认航运将驻留一次或多次，且每次驻留都增加了能量，就可迅速作出目标存在或虚警的确认，称之1+1/2航迹起始准则，这样相控阵雷达确定航迹约有6dB的功率改善性能。</P>
<P>法国的地面雷达ARABEL多功能雷达，工作在X波段有一个反隐身目标专用方式，为了增强波形能量考虑了长的天线驻留时间，采用高性能的多普勒处理。此雷达自1989年以来，全尺寸样机在国家试验靶场鉴定。脉冲多普勒相干积累是提高雷达信噪比的有效方法。</P>
<P>固态有源相控阵火控雷达是高灵敏度雷达，它能增大功率孔径积，具有高效率、快速反应，可大大提高雷达检测低可见目标的能力，能够比常规雷达提高20dB，具体改善如下：航迹起始准则得益2dB，空间能量分配得益2dB，双程馈线损耗可小于5dB，发射功率可高于3dB，接收机灵敏度得益2dB，用特征检测和序带贯检测的方法可提高6dB，总提高20dB=2+2+5+3+2+6dB。</P>
<P>相控阵雷达的阵列无线每一单元带有一个电检移相器或由移相器和衰减器组成的幅相调节器，因而天线口径照射波束可在计算机控制下快速变化。在固态收发组件基础上发展了数字波束形成技术，通过数字信号处理形成所需的接收波束，大大增加了雷达功能。在波束形成中的"加权求和"是在计算机里完成的，可以形成多波束，经过通道幅相校正，能得到很低的副瓣接收波束，且自适应性能很好。</P>
<P>影响数字波束形成技术实用的主要原因是实时运算能力和造价的限制。如果将数字波束形成用作固态相控阵的馈源再向有移相器的主阵面空馈，将是一种较实用的方法。</P>
<P>美国国际电路电报表吉尔富兰公司(1991年报导)制作的C波段T/R组件，在发射时输出功率超过12瓦，噪声系统为5～6dB，效率为20%，可编程衰减器采用一个双栅场效应放大管，可控15dB增益，而可编程移相器芯片由5个数字控制相位和一个模拟控制位，这两种可编程器件都由可编程只读存储器(PROM)控制(再接D/A变换器)。美国的T/R组件生产成本(1992年报道)瞎3000和6000美元之间，工业界的目标在后面5年内把此成本降到少于1000美元。</P>
<P>在八十年代初，美国AN/SPY-1相控阵雷达系统用微型计算机实现相控阵无线波束控制，它是程序存储器来控制各无线微处理器，每行的此微处理通过单总线与此行的各列移相器接口来实现数据、移相器地址及控制的传递。</P>
<P>在1988年5月交付给美国空军的固态相控阵天线，此天线列入西屋电子公司的超可靠雷达计划。此天线工作在X波段，此阵列由带有多个TMS320微处理器的波束控制计算机控制。新的波速控制相移值由波速控制计算机算出，送进组件，再利用行列地址对组件提供新数据。采用了5位数字移相器。阵列包括1980年发/收组件，对于阵列的1/4块(象限)采用独立的计算机插件。TMS320微处理器的计算速度比普通微处理(80年代中期如386)快十几倍，因其内部有高速硬件乘法器等。</P>
<P>在相控阵精密跟踪雷达中，为了实现与碟形无线相近的连续跟踪性能，希望相控阵天线有小的波束跃度，例如达到天线波束半功率点宽率的1/32。此外，为了保证角跟踪精度，必须准确知道波控数码与天线波束位置之间的准确对应关系，可在需要时对波束位置的变化进行微调或修正。为减小波束跃度，需要增加移相器位数K，即增加波控数码字长。对于精密跟踪雷达，k=10提供的0.11°的波束度可能还不满足要求。要做到8位以上的数字移相器是极其困难的，故在相控阵雷达设计中，通常采用虚位技术，只用4位甚至3位数字式移相器，在一些对天线副瓣电平要求很高的雷达中才采用5位移相器。</P>
<P>为了说明相控阵雷达对数据处理器的要求，这里给出表3，它是由1981年弹道导弹防御方案研究的数据处理报告中摘录的。从表中可以看出，相控阵雷达要求数据处理器应有的吞吐率约为6-7百万条指令/秒，而且启动跟踪和跟踪算法占用了近一半的速率要求。</P>
<P>表3 相控阵雷达数据处理器的吞吐率</P>
<P>略</P>
<P>当然表中是多功能雷达用的通用处理器的情况，并不是相控阵精密跟踪雷达的通用处理器的要求。从美国1987年装备的AN/MPS-39多目标跟踪雷达和美国1976年的AD报告中的实验相控阵测量雷达两者通用数据处理机的吞吐率都是7百万条指令/秒，这种要求比一般三坐标多功能雷达的数据处理能力的要求高些。</P>
<P>在八十年代中期的微型计算机的处理能力(80286)不够，所以当时多半在相控阵测量雷达中采用小型计算机，只有小型计算机才能达到这种处理能力(吞吐率和存储容量)。</P>
<P>美国GBR-X雷达以前称为末段成像雷达，GBR-X是美国雷声公司在1991年公布的陆上试验性相控阵雷达，1988年设计到1992年运转，它对飞行中段和末段的再入飞行器的防御探测和对西太平洋上美国导弹靶场支援。它还将用来辅助完成"大气层外弹头拦截弹"和"大气层内高空防御拦截弹"的制导任务。它有大规模的阵列天线大的时间带宽波形和逆合成孔径雷达数据的实时处理。它是一个单面双视场的X波段雷达。全视场天线直径3米(圆形)，电扫±50°，它位于边长约10米的正方形有限视场天线的中心，全视场天线用于较近的内大气层测量。有限视场天线电扫±10°，能进入外大气层空间。GBR-X雷达系统是安置在夸加林导弹靶场上设计的。其电扫相控阵天线装在能在方位和仰角上机械旋转的转台上。这样性能好且成本低。其信号处理机包括8个67820为基础的微处理器和15000多个其它的集成电路，安装在约550声电路板上，有约3万条固件码。脉冲重复频率为200赫。</P>
<P>美国AN/MPS-39(MOTPR)靶场通用多目标跟踪雷达，它是两维相控阵加两维机扫，由美国无线电公司研制。到1993年为止，已先后有4部AN/MPS-39多目标测量雷达装备在美国试验靶场试验，第二部于1990年6月交付美国空军东部航天与导弹中心(卡纳维拉尔角靶场)，第三部于1990年底交付白沙导弹靶场，第四部于1992年初交付美国西部靶场(范登堡空军基地靶场)。且还在继续按计划分阶段提供其它几部。此雷达与AN/FPS-16精度相当，同时截获和跟踪10个目标，系统的所有主要功能都在计算机控制下。直角坐标α-β或α-β-r跟踪滤波器、基座方位和仰角控制、自动增益控制、自动频率控制和恒虚警伺服回路，均由在系统计算机内运行的软体实现。阵列有8359个单元，每个单元有一个3位二极管移相器和一个波束控制COMS门阵列集成电路逻辑芯片和其它，每个波束位置的准确数据由每个阵列单元计算。在接收机的6个通道上设有6个计算机控制的单级(20分贝)射频衰减器。速度辅助Ⅱ型伺服位置回路由计算闭合。中频接收机有一个60分贝的编程(由计算机控制)增益范围。信号处理机用软件完成I和Q检测以及包括检测等。数据处理机采用了60uldSEL/9780超级小型计算机，这个具有双中央处理单元的处理机配置提供了7百万次条指令/秒吞吐率和4兆字节存储器。MOTR的全部计算机程序是18000条Fortran语言指令和5000条汇编语言指令。此雷达执行动目标分辨(TMR)相参数据处理，必须逐项对雷达反射功率进行估算。美国陆军多坐标跟踪雷达采购费为1.03亿美元(在1990年～1997年间)。</P>
<P>我国某型精密跟踪地空导弹制导雷达是相控阵体制，天线能在波束控制计算机控制下以笔形波束进行两维空间电扫，采用单波束完成搜索、截获、多目标单脉冲跟踪和制导等多功能。据1984年报道，此雷达的微型计算系统由16位字长的微机、专用接口、A/D和D/A变换器以及并行接口板组成。16位字长可满足控制精度要求，速度上可采用乘除法硬件加以提高。与一般跟踪雷达的区别是它进行目标与导弹坐标参数的实时处理、预测目标与导弹的遭遇距离以及控制己方导弹空中飞行姿态。通过多次外场试验，对其应用软件进行反复的修飞，定型后将其固化烧在EPROM存储器中。</P>
<P>我国某HQ9小阵面制导雷达(据1987年报道)选定了32位字长的MC68020微处理机为主计算机芯片，考虑了在雷达主控计算机中采用微机并行处理方案。</P><P>1 引言</P>
<P>随着航天发射活动的频繁，为了保障靶场安全、承担着飞行运载器轨道测量和卫星跟踪，必须尽可能配备相控阵靶场测量雷达。</P>
<P>世界上的局部战争和冲突经常发生，在每次实战中，空中的侦察机、轰炸机、战斗机和导弹的大量突防有很大的威慑作用。在1991年海湾战争中出现了以导反导的战例，使得对防战术导弹的研制日益加强。自1967年出现了分导式导弹。多弹头、子母弹和多导弹齐射等多目标武器不断得到发展，多目标测量就显得很有必要。为了对飞行导弹的捕获，需要采用相控阵雷达体制。</P>
<P>八十年代以来，"隐身"飞机的出现，使雷达后向反射截面将会降低20～30dB，这将对地雷达的生存能力构成极其严重的威胁。对于防空雷达而言，抗电子干抗、抗反辐射导弹、对付敌方的低空袭击和反"隐身"飞机是雷达必备的功能。九十年代，许多国家重视有源相控雷达的研制，因为它是提高灵敏度的有效方法，且它可提供灵活的同时搜索跟踪制导多功能工作。</P>
<P>出于战术导弹防御的需要，解决对非合作目标的识别问题的关键技术是逆合成孔径雷达信号处理技术，我国的逆合成孔径雷达技术正向实用化迈进。另外，相控阵天线是实现多目标逆合成孔径成像的必要条件。</P>
<P>八十年代，超大规模集成电路的突飞猛进，促进了微型计算机高速发展，但是微型计算机性能高而价格低。据1987年报道，Inter公司的单极微型计算机86/30性能指标均已赶上和超过了DJS-130小型计算机，Inter的386微处理器执行速度为3-4百万条指条/秒，Inter的486微处理器速度达15～25百万条指令/秒，1993年推出的美国奔腾微处理器以每秒执行1亿条指令的速度，足以完成过去只有小型计算机才能做的工作。Inter的P6(高能奔腾)速度高达每秒可处理3亿条指条，1992年推出的DEC公司的Alpha21064微处理器的运算速度达到3-4亿条指令/秒。1995年推出的DECchip21164微处理器速度高达每秒10.2亿条指令，这些微处理芯片的处理速度超过了1984年前的一般大型计算机的处理速度。</P>
<P>九十年代，计算机的热点是精简指令集计算机(RISC)。1995年，美国各大公司推出了采用超标量超级流水线的64位高速微处理器，例如Inter的P6、DEC的Alpha21164、HP(惠普)的PA-8000、IBM/Motorala的PowerPC620、MIPS的R100、Sun的VltraSPRAC、AMD的K5、Cyric的MI，这将使微型计算机的处理能力和处理速度得到极大提高，为高分辨率成像雷达和有源相控阵精密跟踪雷达的数据处理和实时控制赋于强大的活力。</P>
<P>2 精密跟踪雷达中应用微型计算机情况</P>
<P>精密跟踪雷达主要应用于导弹靶场测量、武器控制和制导。</P>
<P>精密跟踪雷达站中计算机的任务大致有下面四大项：</P>
<P>2.1 控制雷达各系统工作</P>
<P>控制天线在一定空域里搜索目标，控制天线在方位和仰角上引导截获目标，送出舰摇前馈(舰用雷达)和目标前馈来控制伺服系统使雷达高精度稳定地跟踪目标，送出跟踪引导值在距离上自动搜索和截获目标，跟踪跟上后，消除测距模糊，速度跟上后消除速模糊，在跟踪阶段自动控制主脉冲频率变化(跳频)以消除盲距。在跟踪阶段目标丢失时按一定准则选择数据引导雷达截获目标。</P>
<P>2.2 数据处理和轨道计算</P>
<P>对测量值进行零点、对测量值进行数据平滑、预测、内插和求导等来消除随机误差的影响，为此要对数据进行极坐标系与直角坐标系之间的转换，进行导弹和卫星轨道参数的计算，预报任何时刻目标的位置、速度、加速度和弹着点，在搜索时对目标检测。</P>
<P>2.3 对专用外部设备(如各种显示器、通讯机和X-Y记录仪等)的控制</P>
<P>显示实时时间、目标位置、速度、目标轨道等，可用X-Y记录仪实时显示目标的高度、落点和星下点等，通讯设备实时输入输出目标参数等。</P>
<P>2.4 数据记录</P>
<P>六十年代初，美国无线电公司在AN/FPQ-6、AN/TPQ-18测量雷达中引入通用数字计算机，最初只用数据校正、而后在根据预存的弹道数据来识别目标、并推算实际弹道。</P>
<P>在1970年，美国AN/MPS-36测量雷达采用了集成电路的计算机，它是24位字的通用数字数据处理器，它有8192个字的1.75微秒秒周期的存储器。程序可存储在磁带记录器上，雷达数据也可记录在磁带记录器上，雷达数据也可记录在磁带上。此小型计算机具有以下功能：①方位、仰角、距离和多普勒二进数据变换成便于显示的十进数据；②根据跟踪误差调整角伺服带宽；③方位和仰角的输出数据都经过计算机校正，消除角伺服滞后误差影响；④角轴编码器的偏差(天线座指北定位误差)、天线座水平位置误差以及天线下垂也都经过校正；⑤按"为变量嵌入法"，计算机解速度模糊并测速；⑥实现程序设计的距离模拟器和多普勒模拟器；⑦计算得出角度、距离和速度的标准误差，供系统性能检验；⑧控制台显示数据控制和格式编制。</P>
<P>在1974年10月开始装备的美国AN/TPQ-39(V)数字测量雷达上采用了Elipses200小型计算机(16位)，其功能为：系统工作方式控制、距离跟踪和角度跟踪以及自动增益控制和自动频率控制的五条回路的闭合、引导、扫描、数据采用、显示控制、捕获、程序扫描控制、自动伺服带宽、自动滑行、实时支态滞后误带校正等。</P>
<P>七十年代末，雷达信号处理也广泛采用数字技术，如动目标显示、动目标检测、恒虚警率、快速傅里叶变换、自动增益控制、测距等都实现了数字化甚至计算机化。如某火控雷达，其中的计算机应用情况与一般跟踪雷达相似，由计算机完成数据处理和监视控制、实现距离和角度伺服回路闭环滤波、捕获和跟踪、控制接收机状态和增益调节、故障自动检测，使雷达各分系统硬件数量减少。计算机系统的应用提高了雷达距离和角度以及速度的精度。也提高了雷达的可靠性。</P>
<P>据1984年报道，我国某跟踪雷达的微处理器是Seed-800016位微处理机，用于对整个雷达系统数据采集与矢量控制，此微机时钟4MHz，采用多总线，凡是Inter的单板机可直接插入使用，本接口采用中断查询方式。</P>
<P>据1986年国际雷达会议录报道：我国某研究所研制的机动测量雷达，其天线直径3.6米，此测量雷达用了一个16位微型计算机系统来数据处理。此外，此处理机控制雷达角度伺服以提供辅助跟踪，改善动态特性；它还执行数字相关和记录，检查雷达特性以及(在试验时)模拟各种轨道。1986年国际雷达会议录还报导了西安应用电子技术研究所的702火控雷达，在X和C双波段工作，采用了Inter8086微型计算机。</P>
<P>据1989年资料报导，航空航天某所的大型精密跟踪雷达上采用了双微机实时控制系统，将此测检雷达实时控制系统由模拟闭合设计成全数字闭合。在1986年2月1日我国发射实用通讯卫星时，这套系统工作可靠，顺利完成了卫星发射任务。近三年中多次执行任务，均工作出色，用的计算机中16位。系统由两块MC6800单极机控制，它们并行工作，其中一块为控制板，它的作用是与外设交换信息，接收键盘输入的各种命令，并把各种状态和数据显示在CRT(阴极射线管)屏幕上，供操作员监视。另一块微型机Ⅱ为处理机，它的作用是接收引导数据，采集雷达的实际指向角(即码盘值)，对数据进行各种处理，完成系统位置环的数字校正，对大型天线进行限速、限位等安全保护。引导方式有：手控引导、主机引导和自动跟踪。</P>
<P>国外在1987年的技术刊物上报导了一些有关单目标跟踪雷达的分布式处理网络，由控制处理机通过控制总线协调网络操作，各分布功能之间联系由控制处理机维持，控制处理机与功能处理机以主/从关系通过公共总线进行通讯。将计算机的处理负荷分散到整个系统中，以降低成本，提高吞吐量，可扩充功能以及使系统的研制更容易，可使可靠性增大数倍，体积减小等，这些性能是以集成电路的微芯片精加工工艺为条件的。</P>
<P>在美国海军埃吉斯防空系统中的AN/SPY-1多功能般载相控阵雷达就采用了分布式微处理机，它们是位片式AMD2901型微处理机系统，24位装置，可使主计算机AN/UYK系统的负荷减轻。利用微机完成坐标变换、数据格式化、天线方向图测量时的两维傅里叶变换、实现相控阵天线波束控制，检查与监控等，于1984年由美国无线电公司开始对SPY-1A改进而成SPY-1B雷达，使大部分波束控制器功能移到阵列上的电子设备内，除了采用甚大规模集成模数变换器和乘法器外，信号处理机还采用了十一个16位微处理机，它们是以AMD29014位片系列为基础的。处理机总存贮值约为5千万字节。顺便提一下，美国在1986年交付的"EALCON"二坐标海岸防御雷达信号处理机就采用了分布式微机以解决实时问题，以每秒36百万条指令的速度完成雷达信号处理和终端信息处理。在1983年巴黎航空展览会上展出了美国通用电气公司的数字式AN/APG-67雷达(在美国F-20战斗机上)。此APG-67采用了分布式计算方式，共用了八个微处理机。其中四个微处理机的每个单元都有一个Z8002处理机进行管理。雷达数据计算机已用5个，除了Z8002作单元处理机，还用一个1750A控制雷达基本功能。而雷达目标数据处理机包括一个1750A管跟踪、一个2910用来解距离模糊、另一个Z8002实现输出到雷达显示的扫描变换。1750为超高速集成电路(VHSIC)数字计算机。</P>
<P>法国汤姆逊无线电公司在八十年代研制的TRS2505(皮卡地)靶场测量雷达是X波段，此雷达对各种战术导弹进行跟踪测量和速度修正。该雷达用了四个微处理机。其管理计算机完成的功能为：接收、伺服回路数字化和速度回路控制、距离检测、角编码、数据录取、数字字符显示和人机对话、雷达工作方式选择、频率捷变、雷达测试和校正、指向轴和角误差斜率的校正等。动目标显示直接用微机处理，具有相参一次以消和快速傅里叶变称加权滤波功能，以有效抑制地杂波和海杂波，确保目标精密跟踪，还可同时跟踪两个不同速度的目标，实现了速度和脱靶量的测量。有12位A/D变换，根据微程序控制，有8、16或32点FFT。</P>
<P>由于16位字长可初步满足雷达中控制精度要求，在八十年代中期，我国许多种雷达陆续使用了以8086为CPV的单板微型计算机。由于它体积小、安装方便、成本又低(约一千元)，而且有丰富的OEM(初始设备制造厂家)板和RM×86实时多位任务操作系统。</P>
<P>现代雷达对其数据处理和控制计算机的基本要求是高速度、大容量、多通道。要求计算机同时具有较强的数据处理能力以及多通道实时响应和控制能力。为此，确立了面向高速响应而用于实时处理的共享总线/存贮器结构的分布式多处理机系统。雷达计算机采用不同程度的多处理机体制，可改善系统性能，提高可靠性和灵活性，而且可避免选用通用计算机所造成的浪费，又可减小专用接口设计上的大量耗费，缩短了研制周期。八十年代初，雷达选用了小型通用计算机，大量耗费在设计非标准专用接口上，另外通用计算机外部通道少、带宽窄和价格高。以前用的DJS-130型国产小型机，单价高达2～3万元。</P>
<P>单板微型计算机的高吞吐率、各板的多种互扩仲裁逻辑和双口存贮器是多微处理器系统有效的三大支柱。根据系统中各专用环节的不同要求，设计选择相应功能的模块。能控制总线通道的模块为主模块(或称主机)，每一从属单元(存贮器单元或I/Q寄存器或者其它微处理机)都用特定的地址加以标识，采用中断程序的I/Q控制技术，即用中断控制器按优先级控制。外围处理器可看作主处理机的I/O端口。多微机系统的开发，关键问题是系统控制软件的编制。因为商用实时操作系统比雷达的时间响应要求慢了3个数量级，通用操作系统中的I/O驱动、文体管理、任务管理和人机界面等系统开销惊人。</P>
<P>八十年代的32位微处理器的美国Inter的386、Motorola的MC68020、得克萨斯的仪器公司的TMS32020等，这些32位微机在速度和精度上基本可满足现代雷达要求。如钟频16MHz和80386微处理器的执行速度高达3-4百万条指令/秒，而不同数据处理要求的雷达要求计算机吞吐率为1～6百万条指令/秒。另外，可增加单元模块来增加吞吐率，例如将原SBC86/30单板微型机换为SBC286/12单板，可在配置及软件不变前提下，使系统吞吐率增加3-4倍。在1985年报道Inter80386微处理机，按100个批量计，16MHz型80386单价为4000元，12MHz型80386单价约3000元人民币。</P>
<P>我国某研究所的测量雷达改进型，于1987年装备，成为卫星入轨区的主要测量设备，是采用微处理机的单脉冲精密跟踪雷达。此雷达使用三个CPU(8086、8087、8089)十六位系统机一台长城86/360，它替代原站计算机作终端，实时完成测量数据录取、记盘、合理化检验、误差修正、格式变换、通过通讯接口送中心计算机，并接收中心计算机来的引导数据经坐标变换后送各分机；还有事后处理进行精度分析。该雷达还使用8086系列十六位单板计算机五台，280一台。其中，伺服系统用2台完成位置回路和速度回路校正环节功能(系统参数可由软件改变)兼作本分系统故障监测。另三台TP-86A单板计算机实现各分机监测(BIT)及各种显示；再另外通讯和用一台280完成高数据链控制规程编辑功能。</P>
<P>据1993年资料报道，由386微机、接口系统和应用软件构成的系统，已作为某测量雷达的实时控制主计算机，在多次执行任务中，取得了令人满意的结果。该微型计算机主机系统主要作用为：参与跟踪雷达的控制操作；对跟踪雷达的测量数据、雷达控制操作状态和雷达故障状态的测量数据、雷达控制操作状态台和雷达故障状态进行实时的采集、雷达控制操作状态和雷达故障状态进行实时的采集、处理和显示。太极386的CPU为80386，主频25MHz，RAM有640K字节，有40M字节硬盘和双软盘驱动器，CRT分辨率为1024×768。386微机系统应用软件用TurboC语言设计的，采用积木(分块)结构。程序设计采用主程序中设置20Hz中断程方式，要求在50毫秒内完成数据处理、采集和显示。采用美国Inter公司的机型作雷达实时控制系统中的计算机，除了它有丰富的OEM板外，还有实时操作系统支持系统运行。但DOC操作系统运行显示BIOS(基本输入/输出系统)程序时，存在独占CPV一段时间而不允许紧急事件响应，给实时控制的总数产生问题，所以就不用BIOS显示程序，而用专门编制的一套软件束实现雷达系统的有限功能。采用"直接写内存的方法"来进行显示，保证了实时性。实时录取数据，也不用BIOS提供的内部调用，而采取直接时设备进行控制。雷达跟踪的数据以文件形式实时记录在硬盘上，也可把跟踪数据写入扩展内存中，事后，把扩展内存中的数据打印出来或送入软盘中。显示器可图形彩色显示，可汉字(小字库)或字符显示。</P>
<P>3 相控阵跟踪雷达中[JZ]应用微型计算机情况</P>
<P>美国B-1B轰炸机的雷达截面中有一平方米，降低了两个数量级，今后的飞机或导弹等目标被采用隐身技术后，雷达截面积有可能降低2～3个数量级，则现有的雷达作用距离将降低到原来的1/3～1/6。</P>
<P>根据雷达距离方程，探测距离随着平均发射功率、雷达截面积(目标)和积累时间的1/4次幂增加，而且随着天线面积的平方根增加；噪声的降低与按同样比例增加发功率是等效的。信噪比改善受驻留时间(积累时间)限制。所以，雷达灵敏度的提高是通过对天线尺寸、低噪声接收机、高速信号处理及更大功率和更高频率的发射机的改进得到的。</P>
<P>有源相控阵是未来雷达系统发展的关键之一，有源相控阵是用射程技术/接收组件分配在天线阵列上。这就可减少对电源的要求(电源效率高)、减少射频损耗(移相器在低功率电平)、有宽的带宽和稳定的射频信号、可靠性高......等，还有此种天线的潜力为：雷达搜索和跟踪、武器控制的同时功能、故障弱化、自适应波束形成(同时多波束、甚低的旁瓣、自适应零控和系统指正)。另外，在相控阵雷达中，可步进扫描搜索方式工作，在一次检测到目标后，为了确认航运将驻留一次或多次，且每次驻留都增加了能量，就可迅速作出目标存在或虚警的确认，称之1+1/2航迹起始准则，这样相控阵雷达确定航迹约有6dB的功率改善性能。</P>
<P>法国的地面雷达ARABEL多功能雷达，工作在X波段有一个反隐身目标专用方式，为了增强波形能量考虑了长的天线驻留时间，采用高性能的多普勒处理。此雷达自1989年以来，全尺寸样机在国家试验靶场鉴定。脉冲多普勒相干积累是提高雷达信噪比的有效方法。</P>
<P>固态有源相控阵火控雷达是高灵敏度雷达，它能增大功率孔径积，具有高效率、快速反应，可大大提高雷达检测低可见目标的能力，能够比常规雷达提高20dB，具体改善如下：航迹起始准则得益2dB，空间能量分配得益2dB，双程馈线损耗可小于5dB，发射功率可高于3dB，接收机灵敏度得益2dB，用特征检测和序带贯检测的方法可提高6dB，总提高20dB=2+2+5+3+2+6dB。</P>
<P>相控阵雷达的阵列无线每一单元带有一个电检移相器或由移相器和衰减器组成的幅相调节器，因而天线口径照射波束可在计算机控制下快速变化。在固态收发组件基础上发展了数字波束形成技术，通过数字信号处理形成所需的接收波束，大大增加了雷达功能。在波束形成中的"加权求和"是在计算机里完成的，可以形成多波束，经过通道幅相校正，能得到很低的副瓣接收波束，且自适应性能很好。</P>
<P>影响数字波束形成技术实用的主要原因是实时运算能力和造价的限制。如果将数字波束形成用作固态相控阵的馈源再向有移相器的主阵面空馈，将是一种较实用的方法。</P>
<P>美国国际电路电报表吉尔富兰公司(1991年报导)制作的C波段T/R组件，在发射时输出功率超过12瓦，噪声系统为5～6dB，效率为20%，可编程衰减器采用一个双栅场效应放大管，可控15dB增益，而可编程移相器芯片由5个数字控制相位和一个模拟控制位，这两种可编程器件都由可编程只读存储器(PROM)控制(再接D/A变换器)。美国的T/R组件生产成本(1992年报道)瞎3000和6000美元之间，工业界的目标在后面5年内把此成本降到少于1000美元。</P>
<P>在八十年代初，美国AN/SPY-1相控阵雷达系统用微型计算机实现相控阵无线波束控制，它是程序存储器来控制各无线微处理器，每行的此微处理通过单总线与此行的各列移相器接口来实现数据、移相器地址及控制的传递。</P>
<P>在1988年5月交付给美国空军的固态相控阵天线，此天线列入西屋电子公司的超可靠雷达计划。此天线工作在X波段，此阵列由带有多个TMS320微处理器的波束控制计算机控制。新的波速控制相移值由波速控制计算机算出，送进组件，再利用行列地址对组件提供新数据。采用了5位数字移相器。阵列包括1980年发/收组件，对于阵列的1/4块(象限)采用独立的计算机插件。TMS320微处理器的计算速度比普通微处理(80年代中期如386)快十几倍，因其内部有高速硬件乘法器等。</P>
<P>在相控阵精密跟踪雷达中，为了实现与碟形无线相近的连续跟踪性能，希望相控阵天线有小的波束跃度，例如达到天线波束半功率点宽率的1/32。此外，为了保证角跟踪精度，必须准确知道波控数码与天线波束位置之间的准确对应关系，可在需要时对波束位置的变化进行微调或修正。为减小波束跃度，需要增加移相器位数K，即增加波控数码字长。对于精密跟踪雷达，k=10提供的0.11°的波束度可能还不满足要求。要做到8位以上的数字移相器是极其困难的，故在相控阵雷达设计中，通常采用虚位技术，只用4位甚至3位数字式移相器，在一些对天线副瓣电平要求很高的雷达中才采用5位移相器。</P>
<P>为了说明相控阵雷达对数据处理器的要求，这里给出表3，它是由1981年弹道导弹防御方案研究的数据处理报告中摘录的。从表中可以看出，相控阵雷达要求数据处理器应有的吞吐率约为6-7百万条指令/秒，而且启动跟踪和跟踪算法占用了近一半的速率要求。</P>
<P>表3 相控阵雷达数据处理器的吞吐率</P>
<P>略</P>
<P>当然表中是多功能雷达用的通用处理器的情况，并不是相控阵精密跟踪雷达的通用处理器的要求。从美国1987年装备的AN/MPS-39多目标跟踪雷达和美国1976年的AD报告中的实验相控阵测量雷达两者通用数据处理机的吞吐率都是7百万条指令/秒，这种要求比一般三坐标多功能雷达的数据处理能力的要求高些。</P>
<P>在八十年代中期的微型计算机的处理能力(80286)不够，所以当时多半在相控阵测量雷达中采用小型计算机，只有小型计算机才能达到这种处理能力(吞吐率和存储容量)。</P>
<P>美国GBR-X雷达以前称为末段成像雷达，GBR-X是美国雷声公司在1991年公布的陆上试验性相控阵雷达，1988年设计到1992年运转，它对飞行中段和末段的再入飞行器的防御探测和对西太平洋上美国导弹靶场支援。它还将用来辅助完成"大气层外弹头拦截弹"和"大气层内高空防御拦截弹"的制导任务。它有大规模的阵列天线大的时间带宽波形和逆合成孔径雷达数据的实时处理。它是一个单面双视场的X波段雷达。全视场天线直径3米(圆形)，电扫±50°，它位于边长约10米的正方形有限视场天线的中心，全视场天线用于较近的内大气层测量。有限视场天线电扫±10°，能进入外大气层空间。GBR-X雷达系统是安置在夸加林导弹靶场上设计的。其电扫相控阵天线装在能在方位和仰角上机械旋转的转台上。这样性能好且成本低。其信号处理机包括8个67820为基础的微处理器和15000多个其它的集成电路，安装在约550声电路板上，有约3万条固件码。脉冲重复频率为200赫。</P>
<P>美国AN/MPS-39(MOTPR)靶场通用多目标跟踪雷达，它是两维相控阵加两维机扫，由美国无线电公司研制。到1993年为止，已先后有4部AN/MPS-39多目标测量雷达装备在美国试验靶场试验，第二部于1990年6月交付美国空军东部航天与导弹中心(卡纳维拉尔角靶场)，第三部于1990年底交付白沙导弹靶场，第四部于1992年初交付美国西部靶场(范登堡空军基地靶场)。且还在继续按计划分阶段提供其它几部。此雷达与AN/FPS-16精度相当，同时截获和跟踪10个目标，系统的所有主要功能都在计算机控制下。直角坐标α-β或α-β-r跟踪滤波器、基座方位和仰角控制、自动增益控制、自动频率控制和恒虚警伺服回路，均由在系统计算机内运行的软体实现。阵列有8359个单元，每个单元有一个3位二极管移相器和一个波束控制COMS门阵列集成电路逻辑芯片和其它，每个波束位置的准确数据由每个阵列单元计算。在接收机的6个通道上设有6个计算机控制的单级(20分贝)射频衰减器。速度辅助Ⅱ型伺服位置回路由计算闭合。中频接收机有一个60分贝的编程(由计算机控制)增益范围。信号处理机用软件完成I和Q检测以及包括检测等。数据处理机采用了60uldSEL/9780超级小型计算机，这个具有双中央处理单元的处理机配置提供了7百万次条指令/秒吞吐率和4兆字节存储器。MOTR的全部计算机程序是18000条Fortran语言指令和5000条汇编语言指令。此雷达执行动目标分辨(TMR)相参数据处理，必须逐项对雷达反射功率进行估算。美国陆军多坐标跟踪雷达采购费为1.03亿美元(在1990年～1997年间)。</P>
<P>我国某型精密跟踪地空导弹制导雷达是相控阵体制，天线能在波束控制计算机控制下以笔形波束进行两维空间电扫，采用单波束完成搜索、截获、多目标单脉冲跟踪和制导等多功能。据1984年报道，此雷达的微型计算系统由16位字长的微机、专用接口、A/D和D/A变换器以及并行接口板组成。16位字长可满足控制精度要求，速度上可采用乘除法硬件加以提高。与一般跟踪雷达的区别是它进行目标与导弹坐标参数的实时处理、预测目标与导弹的遭遇距离以及控制己方导弹空中飞行姿态。通过多次外场试验，对其应用软件进行反复的修飞，定型后将其固化烧在EPROM存储器中。</P>
<P>我国某HQ9小阵面制导雷达(据1987年报道)选定了32位字长的MC68020微处理机为主计算机芯片，考虑了在雷达主控计算机中采用微机并行处理方案。</P>
<P>随着航天发射活动的频繁，为了保障靶场安全、承担着飞行运载器轨道测量和卫星跟踪，必须尽可能配备相控阵靶场测量雷达。</P>
<P>世界上的局部战争和冲突经常发生，在每次实战中，空中的侦察机、轰炸机、战斗机和导弹的大量突防有很大的威慑作用。在1991年海湾战争中出现了以导反导的战例，使得对防战术导弹的研制日益加强。自1967年出现了分导式导弹。多弹头、子母弹和多导弹齐射等多目标武器不断得到发展，多目标测量就显得很有必要。为了对飞行导弹的捕获，需要采用相控阵雷达体制。</P>
<P>八十年代以来，"隐身"飞机的出现，使雷达后向反射截面将会降低20～30dB，这将对地雷达的生存能力构成极其严重的威胁。对于防空雷达而言，抗电子干抗、抗反辐射导弹、对付敌方的低空袭击和反"隐身"飞机是雷达必备的功能。九十年代，许多国家重视有源相控雷达的研制，因为它是提高灵敏度的有效方法，且它可提供灵活的同时搜索跟踪制导多功能工作。</P>
<P>出于战术导弹防御的需要，解决对非合作目标的识别问题的关键技术是逆合成孔径雷达信号处理技术，我国的逆合成孔径雷达技术正向实用化迈进。另外，相控阵天线是实现多目标逆合成孔径成像的必要条件。</P>
<P>八十年代，超大规模集成电路的突飞猛进，促进了微型计算机高速发展，但是微型计算机性能高而价格低。据1987年报道，Inter公司的单极微型计算机86/30性能指标均已赶上和超过了DJS-130小型计算机，Inter的386微处理器执行速度为3-4百万条指条/秒，Inter的486微处理器速度达15～25百万条指令/秒，1993年推出的美国奔腾微处理器以每秒执行1亿条指令的速度，足以完成过去只有小型计算机才能做的工作。Inter的P6(高能奔腾)速度高达每秒可处理3亿条指条，1992年推出的DEC公司的Alpha21064微处理器的运算速度达到3-4亿条指令/秒。1995年推出的DECchip21164微处理器速度高达每秒10.2亿条指令，这些微处理芯片的处理速度超过了1984年前的一般大型计算机的处理速度。</P>
<P>九十年代，计算机的热点是精简指令集计算机(RISC)。1995年，美国各大公司推出了采用超标量超级流水线的64位高速微处理器，例如Inter的P6、DEC的Alpha21164、HP(惠普)的PA-8000、IBM/Motorala的PowerPC620、MIPS的R100、Sun的VltraSPRAC、AMD的K5、Cyric的MI，这将使微型计算机的处理能力和处理速度得到极大提高，为高分辨率成像雷达和有源相控阵精密跟踪雷达的数据处理和实时控制赋于强大的活力。</P>
<P>2 精密跟踪雷达中应用微型计算机情况</P>
<P>精密跟踪雷达主要应用于导弹靶场测量、武器控制和制导。</P>
<P>精密跟踪雷达站中计算机的任务大致有下面四大项：</P>
<P>2.1 控制雷达各系统工作</P>
<P>控制天线在一定空域里搜索目标，控制天线在方位和仰角上引导截获目标，送出舰摇前馈(舰用雷达)和目标前馈来控制伺服系统使雷达高精度稳定地跟踪目标，送出跟踪引导值在距离上自动搜索和截获目标，跟踪跟上后，消除测距模糊，速度跟上后消除速模糊，在跟踪阶段自动控制主脉冲频率变化(跳频)以消除盲距。在跟踪阶段目标丢失时按一定准则选择数据引导雷达截获目标。</P>
<P>2.2 数据处理和轨道计算</P>
<P>对测量值进行零点、对测量值进行数据平滑、预测、内插和求导等来消除随机误差的影响，为此要对数据进行极坐标系与直角坐标系之间的转换，进行导弹和卫星轨道参数的计算，预报任何时刻目标的位置、速度、加速度和弹着点，在搜索时对目标检测。</P>
<P>2.3 对专用外部设备(如各种显示器、通讯机和X-Y记录仪等)的控制</P>
<P>显示实时时间、目标位置、速度、目标轨道等，可用X-Y记录仪实时显示目标的高度、落点和星下点等，通讯设备实时输入输出目标参数等。</P>
<P>2.4 数据记录</P>
<P>六十年代初，美国无线电公司在AN/FPQ-6、AN/TPQ-18测量雷达中引入通用数字计算机，最初只用数据校正、而后在根据预存的弹道数据来识别目标、并推算实际弹道。</P>
<P>在1970年，美国AN/MPS-36测量雷达采用了集成电路的计算机，它是24位字的通用数字数据处理器，它有8192个字的1.75微秒秒周期的存储器。程序可存储在磁带记录器上，雷达数据也可记录在磁带记录器上，雷达数据也可记录在磁带上。此小型计算机具有以下功能：①方位、仰角、距离和多普勒二进数据变换成便于显示的十进数据；②根据跟踪误差调整角伺服带宽；③方位和仰角的输出数据都经过计算机校正，消除角伺服滞后误差影响；④角轴编码器的偏差(天线座指北定位误差)、天线座水平位置误差以及天线下垂也都经过校正；⑤按"为变量嵌入法"，计算机解速度模糊并测速；⑥实现程序设计的距离模拟器和多普勒模拟器；⑦计算得出角度、距离和速度的标准误差，供系统性能检验；⑧控制台显示数据控制和格式编制。</P>
<P>在1974年10月开始装备的美国AN/TPQ-39(V)数字测量雷达上采用了Elipses200小型计算机(16位)，其功能为：系统工作方式控制、距离跟踪和角度跟踪以及自动增益控制和自动频率控制的五条回路的闭合、引导、扫描、数据采用、显示控制、捕获、程序扫描控制、自动伺服带宽、自动滑行、实时支态滞后误带校正等。</P>
<P>七十年代末，雷达信号处理也广泛采用数字技术，如动目标显示、动目标检测、恒虚警率、快速傅里叶变换、自动增益控制、测距等都实现了数字化甚至计算机化。如某火控雷达，其中的计算机应用情况与一般跟踪雷达相似，由计算机完成数据处理和监视控制、实现距离和角度伺服回路闭环滤波、捕获和跟踪、控制接收机状态和增益调节、故障自动检测，使雷达各分系统硬件数量减少。计算机系统的应用提高了雷达距离和角度以及速度的精度。也提高了雷达的可靠性。</P>
<P>据1984年报道，我国某跟踪雷达的微处理器是Seed-800016位微处理机，用于对整个雷达系统数据采集与矢量控制，此微机时钟4MHz，采用多总线，凡是Inter的单板机可直接插入使用，本接口采用中断查询方式。</P>
<P>据1986年国际雷达会议录报道：我国某研究所研制的机动测量雷达，其天线直径3.6米，此测量雷达用了一个16位微型计算机系统来数据处理。此外，此处理机控制雷达角度伺服以提供辅助跟踪，改善动态特性；它还执行数字相关和记录，检查雷达特性以及(在试验时)模拟各种轨道。1986年国际雷达会议录还报导了西安应用电子技术研究所的702火控雷达，在X和C双波段工作，采用了Inter8086微型计算机。</P>
<P>据1989年资料报导，航空航天某所的大型精密跟踪雷达上采用了双微机实时控制系统，将此测检雷达实时控制系统由模拟闭合设计成全数字闭合。在1986年2月1日我国发射实用通讯卫星时，这套系统工作可靠，顺利完成了卫星发射任务。近三年中多次执行任务，均工作出色，用的计算机中16位。系统由两块MC6800单极机控制，它们并行工作，其中一块为控制板，它的作用是与外设交换信息，接收键盘输入的各种命令，并把各种状态和数据显示在CRT(阴极射线管)屏幕上，供操作员监视。另一块微型机Ⅱ为处理机，它的作用是接收引导数据，采集雷达的实际指向角(即码盘值)，对数据进行各种处理，完成系统位置环的数字校正，对大型天线进行限速、限位等安全保护。引导方式有：手控引导、主机引导和自动跟踪。</P>
<P>国外在1987年的技术刊物上报导了一些有关单目标跟踪雷达的分布式处理网络，由控制处理机通过控制总线协调网络操作，各分布功能之间联系由控制处理机维持，控制处理机与功能处理机以主/从关系通过公共总线进行通讯。将计算机的处理负荷分散到整个系统中，以降低成本，提高吞吐量，可扩充功能以及使系统的研制更容易，可使可靠性增大数倍，体积减小等，这些性能是以集成电路的微芯片精加工工艺为条件的。</P>
<P>在美国海军埃吉斯防空系统中的AN/SPY-1多功能般载相控阵雷达就采用了分布式微处理机，它们是位片式AMD2901型微处理机系统，24位装置，可使主计算机AN/UYK系统的负荷减轻。利用微机完成坐标变换、数据格式化、天线方向图测量时的两维傅里叶变换、实现相控阵天线波束控制，检查与监控等，于1984年由美国无线电公司开始对SPY-1A改进而成SPY-1B雷达，使大部分波束控制器功能移到阵列上的电子设备内，除了采用甚大规模集成模数变换器和乘法器外，信号处理机还采用了十一个16位微处理机，它们是以AMD29014位片系列为基础的。处理机总存贮值约为5千万字节。顺便提一下，美国在1986年交付的"EALCON"二坐标海岸防御雷达信号处理机就采用了分布式微机以解决实时问题，以每秒36百万条指令的速度完成雷达信号处理和终端信息处理。在1983年巴黎航空展览会上展出了美国通用电气公司的数字式AN/APG-67雷达(在美国F-20战斗机上)。此APG-67采用了分布式计算方式，共用了八个微处理机。其中四个微处理机的每个单元都有一个Z8002处理机进行管理。雷达数据计算机已用5个，除了Z8002作单元处理机，还用一个1750A控制雷达基本功能。而雷达目标数据处理机包括一个1750A管跟踪、一个2910用来解距离模糊、另一个Z8002实现输出到雷达显示的扫描变换。1750为超高速集成电路(VHSIC)数字计算机。</P>
<P>法国汤姆逊无线电公司在八十年代研制的TRS2505(皮卡地)靶场测量雷达是X波段，此雷达对各种战术导弹进行跟踪测量和速度修正。该雷达用了四个微处理机。其管理计算机完成的功能为：接收、伺服回路数字化和速度回路控制、距离检测、角编码、数据录取、数字字符显示和人机对话、雷达工作方式选择、频率捷变、雷达测试和校正、指向轴和角误差斜率的校正等。动目标显示直接用微机处理，具有相参一次以消和快速傅里叶变称加权滤波功能，以有效抑制地杂波和海杂波，确保目标精密跟踪，还可同时跟踪两个不同速度的目标，实现了速度和脱靶量的测量。有12位A/D变换，根据微程序控制，有8、16或32点FFT。</P>
<P>由于16位字长可初步满足雷达中控制精度要求，在八十年代中期，我国许多种雷达陆续使用了以8086为CPV的单板微型计算机。由于它体积小、安装方便、成本又低(约一千元)，而且有丰富的OEM(初始设备制造厂家)板和RM×86实时多位任务操作系统。</P>
<P>现代雷达对其数据处理和控制计算机的基本要求是高速度、大容量、多通道。要求计算机同时具有较强的数据处理能力以及多通道实时响应和控制能力。为此，确立了面向高速响应而用于实时处理的共享总线/存贮器结构的分布式多处理机系统。雷达计算机采用不同程度的多处理机体制，可改善系统性能，提高可靠性和灵活性，而且可避免选用通用计算机所造成的浪费，又可减小专用接口设计上的大量耗费，缩短了研制周期。八十年代初，雷达选用了小型通用计算机，大量耗费在设计非标准专用接口上，另外通用计算机外部通道少、带宽窄和价格高。以前用的DJS-130型国产小型机，单价高达2～3万元。</P>
<P>单板微型计算机的高吞吐率、各板的多种互扩仲裁逻辑和双口存贮器是多微处理器系统有效的三大支柱。根据系统中各专用环节的不同要求，设计选择相应功能的模块。能控制总线通道的模块为主模块(或称主机)，每一从属单元(存贮器单元或I/Q寄存器或者其它微处理机)都用特定的地址加以标识，采用中断程序的I/Q控制技术，即用中断控制器按优先级控制。外围处理器可看作主处理机的I/O端口。多微机系统的开发，关键问题是系统控制软件的编制。因为商用实时操作系统比雷达的时间响应要求慢了3个数量级，通用操作系统中的I/O驱动、文体管理、任务管理和人机界面等系统开销惊人。</P>
<P>八十年代的32位微处理器的美国Inter的386、Motorola的MC68020、得克萨斯的仪器公司的TMS32020等，这些32位微机在速度和精度上基本可满足现代雷达要求。如钟频16MHz和80386微处理器的执行速度高达3-4百万条指令/秒，而不同数据处理要求的雷达要求计算机吞吐率为1～6百万条指令/秒。另外，可增加单元模块来增加吞吐率，例如将原SBC86/30单板微型机换为SBC286/12单板，可在配置及软件不变前提下，使系统吞吐率增加3-4倍。在1985年报道Inter80386微处理机，按100个批量计，16MHz型80386单价为4000元，12MHz型80386单价约3000元人民币。</P>
<P>我国某研究所的测量雷达改进型，于1987年装备，成为卫星入轨区的主要测量设备，是采用微处理机的单脉冲精密跟踪雷达。此雷达使用三个CPU(8086、8087、8089)十六位系统机一台长城86/360，它替代原站计算机作终端，实时完成测量数据录取、记盘、合理化检验、误差修正、格式变换、通过通讯接口送中心计算机，并接收中心计算机来的引导数据经坐标变换后送各分机；还有事后处理进行精度分析。该雷达还使用8086系列十六位单板计算机五台，280一台。其中，伺服系统用2台完成位置回路和速度回路校正环节功能(系统参数可由软件改变)兼作本分系统故障监测。另三台TP-86A单板计算机实现各分机监测(BIT)及各种显示；再另外通讯和用一台280完成高数据链控制规程编辑功能。</P>
<P>据1993年资料报道，由386微机、接口系统和应用软件构成的系统，已作为某测量雷达的实时控制主计算机，在多次执行任务中，取得了令人满意的结果。该微型计算机主机系统主要作用为：参与跟踪雷达的控制操作；对跟踪雷达的测量数据、雷达控制操作状态和雷达故障状态的测量数据、雷达控制操作状态台和雷达故障状态进行实时的采集、雷达控制操作状态和雷达故障状态进行实时的采集、处理和显示。太极386的CPU为80386，主频25MHz，RAM有640K字节，有40M字节硬盘和双软盘驱动器，CRT分辨率为1024×768。386微机系统应用软件用TurboC语言设计的，采用积木(分块)结构。程序设计采用主程序中设置20Hz中断程方式，要求在50毫秒内完成数据处理、采集和显示。采用美国Inter公司的机型作雷达实时控制系统中的计算机，除了它有丰富的OEM板外，还有实时操作系统支持系统运行。但DOC操作系统运行显示BIOS(基本输入/输出系统)程序时，存在独占CPV一段时间而不允许紧急事件响应，给实时控制的总数产生问题，所以就不用BIOS显示程序，而用专门编制的一套软件束实现雷达系统的有限功能。采用"直接写内存的方法"来进行显示，保证了实时性。实时录取数据，也不用BIOS提供的内部调用，而采取直接时设备进行控制。雷达跟踪的数据以文件形式实时记录在硬盘上，也可把跟踪数据写入扩展内存中，事后，把扩展内存中的数据打印出来或送入软盘中。显示器可图形彩色显示，可汉字(小字库)或字符显示。</P>
<P>3 相控阵跟踪雷达中[JZ]应用微型计算机情况</P>
<P>美国B-1B轰炸机的雷达截面中有一平方米，降低了两个数量级，今后的飞机或导弹等目标被采用隐身技术后，雷达截面积有可能降低2～3个数量级，则现有的雷达作用距离将降低到原来的1/3～1/6。</P>
<P>根据雷达距离方程，探测距离随着平均发射功率、雷达截面积(目标)和积累时间的1/4次幂增加，而且随着天线面积的平方根增加；噪声的降低与按同样比例增加发功率是等效的。信噪比改善受驻留时间(积累时间)限制。所以，雷达灵敏度的提高是通过对天线尺寸、低噪声接收机、高速信号处理及更大功率和更高频率的发射机的改进得到的。</P>
<P>有源相控阵是未来雷达系统发展的关键之一，有源相控阵是用射程技术/接收组件分配在天线阵列上。这就可减少对电源的要求(电源效率高)、减少射频损耗(移相器在低功率电平)、有宽的带宽和稳定的射频信号、可靠性高......等，还有此种天线的潜力为：雷达搜索和跟踪、武器控制的同时功能、故障弱化、自适应波束形成(同时多波束、甚低的旁瓣、自适应零控和系统指正)。另外，在相控阵雷达中，可步进扫描搜索方式工作，在一次检测到目标后，为了确认航运将驻留一次或多次，且每次驻留都增加了能量，就可迅速作出目标存在或虚警的确认，称之1+1/2航迹起始准则，这样相控阵雷达确定航迹约有6dB的功率改善性能。</P>
<P>法国的地面雷达ARABEL多功能雷达，工作在X波段有一个反隐身目标专用方式，为了增强波形能量考虑了长的天线驻留时间，采用高性能的多普勒处理。此雷达自1989年以来，全尺寸样机在国家试验靶场鉴定。脉冲多普勒相干积累是提高雷达信噪比的有效方法。</P>
<P>固态有源相控阵火控雷达是高灵敏度雷达，它能增大功率孔径积，具有高效率、快速反应，可大大提高雷达检测低可见目标的能力，能够比常规雷达提高20dB，具体改善如下：航迹起始准则得益2dB，空间能量分配得益2dB，双程馈线损耗可小于5dB，发射功率可高于3dB，接收机灵敏度得益2dB，用特征检测和序带贯检测的方法可提高6dB，总提高20dB=2+2+5+3+2+6dB。</P>
<P>相控阵雷达的阵列无线每一单元带有一个电检移相器或由移相器和衰减器组成的幅相调节器，因而天线口径照射波束可在计算机控制下快速变化。在固态收发组件基础上发展了数字波束形成技术，通过数字信号处理形成所需的接收波束，大大增加了雷达功能。在波束形成中的"加权求和"是在计算机里完成的，可以形成多波束，经过通道幅相校正，能得到很低的副瓣接收波束，且自适应性能很好。</P>
<P>影响数字波束形成技术实用的主要原因是实时运算能力和造价的限制。如果将数字波束形成用作固态相控阵的馈源再向有移相器的主阵面空馈，将是一种较实用的方法。</P>
<P>美国国际电路电报表吉尔富兰公司(1991年报导)制作的C波段T/R组件，在发射时输出功率超过12瓦，噪声系统为5～6dB，效率为20%，可编程衰减器采用一个双栅场效应放大管，可控15dB增益，而可编程移相器芯片由5个数字控制相位和一个模拟控制位，这两种可编程器件都由可编程只读存储器(PROM)控制(再接D/A变换器)。美国的T/R组件生产成本(1992年报道)瞎3000和6000美元之间，工业界的目标在后面5年内把此成本降到少于1000美元。</P>
<P>在八十年代初，美国AN/SPY-1相控阵雷达系统用微型计算机实现相控阵无线波束控制，它是程序存储器来控制各无线微处理器，每行的此微处理通过单总线与此行的各列移相器接口来实现数据、移相器地址及控制的传递。</P>
<P>在1988年5月交付给美国空军的固态相控阵天线，此天线列入西屋电子公司的超可靠雷达计划。此天线工作在X波段，此阵列由带有多个TMS320微处理器的波束控制计算机控制。新的波速控制相移值由波速控制计算机算出，送进组件，再利用行列地址对组件提供新数据。采用了5位数字移相器。阵列包括1980年发/收组件，对于阵列的1/4块(象限)采用独立的计算机插件。TMS320微处理器的计算速度比普通微处理(80年代中期如386)快十几倍，因其内部有高速硬件乘法器等。</P>
<P>在相控阵精密跟踪雷达中，为了实现与碟形无线相近的连续跟踪性能，希望相控阵天线有小的波束跃度，例如达到天线波束半功率点宽率的1/32。此外，为了保证角跟踪精度，必须准确知道波控数码与天线波束位置之间的准确对应关系，可在需要时对波束位置的变化进行微调或修正。为减小波束跃度，需要增加移相器位数K，即增加波控数码字长。对于精密跟踪雷达，k=10提供的0.11°的波束度可能还不满足要求。要做到8位以上的数字移相器是极其困难的，故在相控阵雷达设计中，通常采用虚位技术，只用4位甚至3位数字式移相器，在一些对天线副瓣电平要求很高的雷达中才采用5位移相器。</P>
<P>为了说明相控阵雷达对数据处理器的要求，这里给出表3，它是由1981年弹道导弹防御方案研究的数据处理报告中摘录的。从表中可以看出，相控阵雷达要求数据处理器应有的吞吐率约为6-7百万条指令/秒，而且启动跟踪和跟踪算法占用了近一半的速率要求。</P>
<P>表3 相控阵雷达数据处理器的吞吐率</P>
<P>略</P>
<P>当然表中是多功能雷达用的通用处理器的情况，并不是相控阵精密跟踪雷达的通用处理器的要求。从美国1987年装备的AN/MPS-39多目标跟踪雷达和美国1976年的AD报告中的实验相控阵测量雷达两者通用数据处理机的吞吐率都是7百万条指令/秒，这种要求比一般三坐标多功能雷达的数据处理能力的要求高些。</P>
<P>在八十年代中期的微型计算机的处理能力(80286)不够，所以当时多半在相控阵测量雷达中采用小型计算机，只有小型计算机才能达到这种处理能力(吞吐率和存储容量)。</P>
<P>美国GBR-X雷达以前称为末段成像雷达，GBR-X是美国雷声公司在1991年公布的陆上试验性相控阵雷达，1988年设计到1992年运转，它对飞行中段和末段的再入飞行器的防御探测和对西太平洋上美国导弹靶场支援。它还将用来辅助完成"大气层外弹头拦截弹"和"大气层内高空防御拦截弹"的制导任务。它有大规模的阵列天线大的时间带宽波形和逆合成孔径雷达数据的实时处理。它是一个单面双视场的X波段雷达。全视场天线直径3米(圆形)，电扫±50°，它位于边长约10米的正方形有限视场天线的中心，全视场天线用于较近的内大气层测量。有限视场天线电扫±10°，能进入外大气层空间。GBR-X雷达系统是安置在夸加林导弹靶场上设计的。其电扫相控阵天线装在能在方位和仰角上机械旋转的转台上。这样性能好且成本低。其信号处理机包括8个67820为基础的微处理器和15000多个其它的集成电路，安装在约550声电路板上，有约3万条固件码。脉冲重复频率为200赫。</P>
<P>美国AN/MPS-39(MOTPR)靶场通用多目标跟踪雷达，它是两维相控阵加两维机扫，由美国无线电公司研制。到1993年为止，已先后有4部AN/MPS-39多目标测量雷达装备在美国试验靶场试验，第二部于1990年6月交付美国空军东部航天与导弹中心(卡纳维拉尔角靶场)，第三部于1990年底交付白沙导弹靶场，第四部于1992年初交付美国西部靶场(范登堡空军基地靶场)。且还在继续按计划分阶段提供其它几部。此雷达与AN/FPS-16精度相当，同时截获和跟踪10个目标，系统的所有主要功能都在计算机控制下。直角坐标α-β或α-β-r跟踪滤波器、基座方位和仰角控制、自动增益控制、自动频率控制和恒虚警伺服回路，均由在系统计算机内运行的软体实现。阵列有8359个单元，每个单元有一个3位二极管移相器和一个波束控制COMS门阵列集成电路逻辑芯片和其它，每个波束位置的准确数据由每个阵列单元计算。在接收机的6个通道上设有6个计算机控制的单级(20分贝)射频衰减器。速度辅助Ⅱ型伺服位置回路由计算闭合。中频接收机有一个60分贝的编程(由计算机控制)增益范围。信号处理机用软件完成I和Q检测以及包括检测等。数据处理机采用了60uldSEL/9780超级小型计算机，这个具有双中央处理单元的处理机配置提供了7百万次条指令/秒吞吐率和4兆字节存储器。MOTR的全部计算机程序是18000条Fortran语言指令和5000条汇编语言指令。此雷达执行动目标分辨(TMR)相参数据处理，必须逐项对雷达反射功率进行估算。美国陆军多坐标跟踪雷达采购费为1.03亿美元(在1990年～1997年间)。</P>
<P>我国某型精密跟踪地空导弹制导雷达是相控阵体制，天线能在波束控制计算机控制下以笔形波束进行两维空间电扫，采用单波束完成搜索、截获、多目标单脉冲跟踪和制导等多功能。据1984年报道，此雷达的微型计算系统由16位字长的微机、专用接口、A/D和D/A变换器以及并行接口板组成。16位字长可满足控制精度要求，速度上可采用乘除法硬件加以提高。与一般跟踪雷达的区别是它进行目标与导弹坐标参数的实时处理、预测目标与导弹的遭遇距离以及控制己方导弹空中飞行姿态。通过多次外场试验，对其应用软件进行反复的修飞，定型后将其固化烧在EPROM存储器中。</P>
<P>我国某HQ9小阵面制导雷达(据1987年报道)选定了32位字长的MC68020微处理机为主计算机芯片，考虑了在雷达主控计算机中采用微机并行处理方案。</P><P>1 引言</P>
<P>随着航天发射活动的频繁，为了保障靶场安全、承担着飞行运载器轨道测量和卫星跟踪，必须尽可能配备相控阵靶场测量雷达。</P>
<P>世界上的局部战争和冲突经常发生，在每次实战中，空中的侦察机、轰炸机、战斗机和导弹的大量突防有很大的威慑作用。在1991年海湾战争中出现了以导反导的战例，使得对防战术导弹的研制日益加强。自1967年出现了分导式导弹。多弹头、子母弹和多导弹齐射等多目标武器不断得到发展，多目标测量就显得很有必要。为了对飞行导弹的捕获，需要采用相控阵雷达体制。</P>
<P>八十年代以来，"隐身"飞机的出现，使雷达后向反射截面将会降低20～30dB，这将对地雷达的生存能力构成极其严重的威胁。对于防空雷达而言，抗电子干抗、抗反辐射导弹、对付敌方的低空袭击和反"隐身"飞机是雷达必备的功能。九十年代，许多国家重视有源相控雷达的研制，因为它是提高灵敏度的有效方法，且它可提供灵活的同时搜索跟踪制导多功能工作。</P>
<P>出于战术导弹防御的需要，解决对非合作目标的识别问题的关键技术是逆合成孔径雷达信号处理技术，我国的逆合成孔径雷达技术正向实用化迈进。另外，相控阵天线是实现多目标逆合成孔径成像的必要条件。</P>
<P>八十年代，超大规模集成电路的突飞猛进，促进了微型计算机高速发展，但是微型计算机性能高而价格低。据1987年报道，Inter公司的单极微型计算机86/30性能指标均已赶上和超过了DJS-130小型计算机，Inter的386微处理器执行速度为3-4百万条指条/秒，Inter的486微处理器速度达15～25百万条指令/秒，1993年推出的美国奔腾微处理器以每秒执行1亿条指令的速度，足以完成过去只有小型计算机才能做的工作。Inter的P6(高能奔腾)速度高达每秒可处理3亿条指条，1992年推出的DEC公司的Alpha21064微处理器的运算速度达到3-4亿条指令/秒。1995年推出的DECchip21164微处理器速度高达每秒10.2亿条指令，这些微处理芯片的处理速度超过了1984年前的一般大型计算机的处理速度。</P>
<P>九十年代，计算机的热点是精简指令集计算机(RISC)。1995年，美国各大公司推出了采用超标量超级流水线的64位高速微处理器，例如Inter的P6、DEC的Alpha21164、HP(惠普)的PA-8000、IBM/Motorala的PowerPC620、MIPS的R100、Sun的VltraSPRAC、AMD的K5、Cyric的MI，这将使微型计算机的处理能力和处理速度得到极大提高，为高分辨率成像雷达和有源相控阵精密跟踪雷达的数据处理和实时控制赋于强大的活力。</P>
<P>2 精密跟踪雷达中应用微型计算机情况</P>
<P>精密跟踪雷达主要应用于导弹靶场测量、武器控制和制导。</P>
<P>精密跟踪雷达站中计算机的任务大致有下面四大项：</P>
<P>2.1 控制雷达各系统工作</P>
<P>控制天线在一定空域里搜索目标，控制天线在方位和仰角上引导截获目标，送出舰摇前馈(舰用雷达)和目标前馈来控制伺服系统使雷达高精度稳定地跟踪目标，送出跟踪引导值在距离上自动搜索和截获目标，跟踪跟上后，消除测距模糊，速度跟上后消除速模糊，在跟踪阶段自动控制主脉冲频率变化(跳频)以消除盲距。在跟踪阶段目标丢失时按一定准则选择数据引导雷达截获目标。</P>
<P>2.2 数据处理和轨道计算</P>
<P>对测量值进行零点、对测量值进行数据平滑、预测、内插和求导等来消除随机误差的影响，为此要对数据进行极坐标系与直角坐标系之间的转换，进行导弹和卫星轨道参数的计算，预报任何时刻目标的位置、速度、加速度和弹着点，在搜索时对目标检测。</P>
<P>2.3 对专用外部设备(如各种显示器、通讯机和X-Y记录仪等)的控制</P>
<P>显示实时时间、目标位置、速度、目标轨道等，可用X-Y记录仪实时显示目标的高度、落点和星下点等，通讯设备实时输入输出目标参数等。</P>
<P>2.4 数据记录</P>
<P>六十年代初，美国无线电公司在AN/FPQ-6、AN/TPQ-18测量雷达中引入通用数字计算机，最初只用数据校正、而后在根据预存的弹道数据来识别目标、并推算实际弹道。</P>
<P>在1970年，美国AN/MPS-36测量雷达采用了集成电路的计算机，它是24位字的通用数字数据处理器，它有8192个字的1.75微秒秒周期的存储器。程序可存储在磁带记录器上，雷达数据也可记录在磁带记录器上，雷达数据也可记录在磁带上。此小型计算机具有以下功能：①方位、仰角、距离和多普勒二进数据变换成便于显示的十进数据；②根据跟踪误差调整角伺服带宽；③方位和仰角的输出数据都经过计算机校正，消除角伺服滞后误差影响；④角轴编码器的偏差(天线座指北定位误差)、天线座水平位置误差以及天线下垂也都经过校正；⑤按"为变量嵌入法"，计算机解速度模糊并测速；⑥实现程序设计的距离模拟器和多普勒模拟器；⑦计算得出角度、距离和速度的标准误差，供系统性能检验；⑧控制台显示数据控制和格式编制。</P>
<P>在1974年10月开始装备的美国AN/TPQ-39(V)数字测量雷达上采用了Elipses200小型计算机(16位)，其功能为：系统工作方式控制、距离跟踪和角度跟踪以及自动增益控制和自动频率控制的五条回路的闭合、引导、扫描、数据采用、显示控制、捕获、程序扫描控制、自动伺服带宽、自动滑行、实时支态滞后误带校正等。</P>
<P>七十年代末，雷达信号处理也广泛采用数字技术，如动目标显示、动目标检测、恒虚警率、快速傅里叶变换、自动增益控制、测距等都实现了数字化甚至计算机化。如某火控雷达，其中的计算机应用情况与一般跟踪雷达相似，由计算机完成数据处理和监视控制、实现距离和角度伺服回路闭环滤波、捕获和跟踪、控制接收机状态和增益调节、故障自动检测，使雷达各分系统硬件数量减少。计算机系统的应用提高了雷达距离和角度以及速度的精度。也提高了雷达的可靠性。</P>
<P>据1984年报道，我国某跟踪雷达的微处理器是Seed-800016位微处理机，用于对整个雷达系统数据采集与矢量控制，此微机时钟4MHz，采用多总线，凡是Inter的单板机可直接插入使用，本接口采用中断查询方式。</P>
<P>据1986年国际雷达会议录报道：我国某研究所研制的机动测量雷达，其天线直径3.6米，此测量雷达用了一个16位微型计算机系统来数据处理。此外，此处理机控制雷达角度伺服以提供辅助跟踪，改善动态特性；它还执行数字相关和记录，检查雷达特性以及(在试验时)模拟各种轨道。1986年国际雷达会议录还报导了西安应用电子技术研究所的702火控雷达，在X和C双波段工作，采用了Inter8086微型计算机。</P>
<P>据1989年资料报导，航空航天某所的大型精密跟踪雷达上采用了双微机实时控制系统，将此测检雷达实时控制系统由模拟闭合设计成全数字闭合。在1986年2月1日我国发射实用通讯卫星时，这套系统工作可靠，顺利完成了卫星发射任务。近三年中多次执行任务，均工作出色，用的计算机中16位。系统由两块MC6800单极机控制，它们并行工作，其中一块为控制板，它的作用是与外设交换信息，接收键盘输入的各种命令，并把各种状态和数据显示在CRT(阴极射线管)屏幕上，供操作员监视。另一块微型机Ⅱ为处理机，它的作用是接收引导数据，采集雷达的实际指向角(即码盘值)，对数据进行各种处理，完成系统位置环的数字校正，对大型天线进行限速、限位等安全保护。引导方式有：手控引导、主机引导和自动跟踪。</P>
<P>国外在1987年的技术刊物上报导了一些有关单目标跟踪雷达的分布式处理网络，由控制处理机通过控制总线协调网络操作，各分布功能之间联系由控制处理机维持，控制处理机与功能处理机以主/从关系通过公共总线进行通讯。将计算机的处理负荷分散到整个系统中，以降低成本，提高吞吐量，可扩充功能以及使系统的研制更容易，可使可靠性增大数倍，体积减小等，这些性能是以集成电路的微芯片精加工工艺为条件的。</P>
<P>在美国海军埃吉斯防空系统中的AN/SPY-1多功能般载相控阵雷达就采用了分布式微处理机，它们是位片式AMD2901型微处理机系统，24位装置，可使主计算机AN/UYK系统的负荷减轻。利用微机完成坐标变换、数据格式化、天线方向图测量时的两维傅里叶变换、实现相控阵天线波束控制，检查与监控等，于1984年由美国无线电公司开始对SPY-1A改进而成SPY-1B雷达，使大部分波束控制器功能移到阵列上的电子设备内，除了采用甚大规模集成模数变换器和乘法器外，信号处理机还采用了十一个16位微处理机，它们是以AMD29014位片系列为基础的。处理机总存贮值约为5千万字节。顺便提一下，美国在1986年交付的"EALCON"二坐标海岸防御雷达信号处理机就采用了分布式微机以解决实时问题，以每秒36百万条指令的速度完成雷达信号处理和终端信息处理。在1983年巴黎航空展览会上展出了美国通用电气公司的数字式AN/APG-67雷达(在美国F-20战斗机上)。此APG-67采用了分布式计算方式，共用了八个微处理机。其中四个微处理机的每个单元都有一个Z8002处理机进行管理。雷达数据计算机已用5个，除了Z8002作单元处理机，还用一个1750A控制雷达基本功能。而雷达目标数据处理机包括一个1750A管跟踪、一个2910用来解距离模糊、另一个Z8002实现输出到雷达显示的扫描变换。1750为超高速集成电路(VHSIC)数字计算机。</P>
<P>法国汤姆逊无线电公司在八十年代研制的TRS2505(皮卡地)靶场测量雷达是X波段，此雷达对各种战术导弹进行跟踪测量和速度修正。该雷达用了四个微处理机。其管理计算机完成的功能为：接收、伺服回路数字化和速度回路控制、距离检测、角编码、数据录取、数字字符显示和人机对话、雷达工作方式选择、频率捷变、雷达测试和校正、指向轴和角误差斜率的校正等。动目标显示直接用微机处理，具有相参一次以消和快速傅里叶变称加权滤波功能，以有效抑制地杂波和海杂波，确保目标精密跟踪，还可同时跟踪两个不同速度的目标，实现了速度和脱靶量的测量。有12位A/D变换，根据微程序控制，有8、16或32点FFT。</P>
<P>由于16位字长可初步满足雷达中控制精度要求，在八十年代中期，我国许多种雷达陆续使用了以8086为CPV的单板微型计算机。由于它体积小、安装方便、成本又低(约一千元)，而且有丰富的OEM(初始设备制造厂家)板和RM×86实时多位任务操作系统。</P>
<P>现代雷达对其数据处理和控制计算机的基本要求是高速度、大容量、多通道。要求计算机同时具有较强的数据处理能力以及多通道实时响应和控制能力。为此，确立了面向高速响应而用于实时处理的共享总线/存贮器结构的分布式多处理机系统。雷达计算机采用不同程度的多处理机体制，可改善系统性能，提高可靠性和灵活性，而且可避免选用通用计算机所造成的浪费，又可减小专用接口设计上的大量耗费，缩短了研制周期。八十年代初，雷达选用了小型通用计算机，大量耗费在设计非标准专用接口上，另外通用计算机外部通道少、带宽窄和价格高。以前用的DJS-130型国产小型机，单价高达2～3万元。</P>
<P>单板微型计算机的高吞吐率、各板的多种互扩仲裁逻辑和双口存贮器是多微处理器系统有效的三大支柱。根据系统中各专用环节的不同要求，设计选择相应功能的模块。能控制总线通道的模块为主模块(或称主机)，每一从属单元(存贮器单元或I/Q寄存器或者其它微处理机)都用特定的地址加以标识，采用中断程序的I/Q控制技术，即用中断控制器按优先级控制。外围处理器可看作主处理机的I/O端口。多微机系统的开发，关键问题是系统控制软件的编制。因为商用实时操作系统比雷达的时间响应要求慢了3个数量级，通用操作系统中的I/O驱动、文体管理、任务管理和人机界面等系统开销惊人。</P>
<P>八十年代的32位微处理器的美国Inter的386、Motorola的MC68020、得克萨斯的仪器公司的TMS32020等，这些32位微机在速度和精度上基本可满足现代雷达要求。如钟频16MHz和80386微处理器的执行速度高达3-4百万条指令/秒，而不同数据处理要求的雷达要求计算机吞吐率为1～6百万条指令/秒。另外，可增加单元模块来增加吞吐率，例如将原SBC86/30单板微型机换为SBC286/12单板，可在配置及软件不变前提下，使系统吞吐率增加3-4倍。在1985年报道Inter80386微处理机，按100个批量计，16MHz型80386单价为4000元，12MHz型80386单价约3000元人民币。</P>
<P>我国某研究所的测量雷达改进型，于1987年装备，成为卫星入轨区的主要测量设备，是采用微处理机的单脉冲精密跟踪雷达。此雷达使用三个CPU(8086、8087、8089)十六位系统机一台长城86/360，它替代原站计算机作终端，实时完成测量数据录取、记盘、合理化检验、误差修正、格式变换、通过通讯接口送中心计算机，并接收中心计算机来的引导数据经坐标变换后送各分机；还有事后处理进行精度分析。该雷达还使用8086系列十六位单板计算机五台，280一台。其中，伺服系统用2台完成位置回路和速度回路校正环节功能(系统参数可由软件改变)兼作本分系统故障监测。另三台TP-86A单板计算机实现各分机监测(BIT)及各种显示；再另外通讯和用一台280完成高数据链控制规程编辑功能。</P>
<P>据1993年资料报道，由386微机、接口系统和应用软件构成的系统，已作为某测量雷达的实时控制主计算机，在多次执行任务中，取得了令人满意的结果。该微型计算机主机系统主要作用为：参与跟踪雷达的控制操作；对跟踪雷达的测量数据、雷达控制操作状态和雷达故障状态的测量数据、雷达控制操作状态台和雷达故障状态进行实时的采集、雷达控制操作状态和雷达故障状态进行实时的采集、处理和显示。太极386的CPU为80386，主频25MHz，RAM有640K字节，有40M字节硬盘和双软盘驱动器，CRT分辨率为1024×768。386微机系统应用软件用TurboC语言设计的，采用积木(分块)结构。程序设计采用主程序中设置20Hz中断程方式，要求在50毫秒内完成数据处理、采集和显示。采用美国Inter公司的机型作雷达实时控制系统中的计算机，除了它有丰富的OEM板外，还有实时操作系统支持系统运行。但DOC操作系统运行显示BIOS(基本输入/输出系统)程序时，存在独占CPV一段时间而不允许紧急事件响应，给实时控制的总数产生问题，所以就不用BIOS显示程序，而用专门编制的一套软件束实现雷达系统的有限功能。采用"直接写内存的方法"来进行显示，保证了实时性。实时录取数据，也不用BIOS提供的内部调用，而采取直接时设备进行控制。雷达跟踪的数据以文件形式实时记录在硬盘上，也可把跟踪数据写入扩展内存中，事后，把扩展内存中的数据打印出来或送入软盘中。显示器可图形彩色显示，可汉字(小字库)或字符显示。</P>
<P>3 相控阵跟踪雷达中[JZ]应用微型计算机情况</P>
<P>美国B-1B轰炸机的雷达截面中有一平方米，降低了两个数量级，今后的飞机或导弹等目标被采用隐身技术后，雷达截面积有可能降低2～3个数量级，则现有的雷达作用距离将降低到原来的1/3～1/6。</P>
<P>根据雷达距离方程，探测距离随着平均发射功率、雷达截面积(目标)和积累时间的1/4次幂增加，而且随着天线面积的平方根增加；噪声的降低与按同样比例增加发功率是等效的。信噪比改善受驻留时间(积累时间)限制。所以，雷达灵敏度的提高是通过对天线尺寸、低噪声接收机、高速信号处理及更大功率和更高频率的发射机的改进得到的。</P>
<P>有源相控阵是未来雷达系统发展的关键之一，有源相控阵是用射程技术/接收组件分配在天线阵列上。这就可减少对电源的要求(电源效率高)、减少射频损耗(移相器在低功率电平)、有宽的带宽和稳定的射频信号、可靠性高......等，还有此种天线的潜力为：雷达搜索和跟踪、武器控制的同时功能、故障弱化、自适应波束形成(同时多波束、甚低的旁瓣、自适应零控和系统指正)。另外，在相控阵雷达中，可步进扫描搜索方式工作，在一次检测到目标后，为了确认航运将驻留一次或多次，且每次驻留都增加了能量，就可迅速作出目标存在或虚警的确认，称之1+1/2航迹起始准则，这样相控阵雷达确定航迹约有6dB的功率改善性能。</P>
<P>法国的地面雷达ARABEL多功能雷达，工作在X波段有一个反隐身目标专用方式，为了增强波形能量考虑了长的天线驻留时间，采用高性能的多普勒处理。此雷达自1989年以来，全尺寸样机在国家试验靶场鉴定。脉冲多普勒相干积累是提高雷达信噪比的有效方法。</P>
<P>固态有源相控阵火控雷达是高灵敏度雷达，它能增大功率孔径积，具有高效率、快速反应，可大大提高雷达检测低可见目标的能力，能够比常规雷达提高20dB，具体改善如下：航迹起始准则得益2dB，空间能量分配得益2dB，双程馈线损耗可小于5dB，发射功率可高于3dB，接收机灵敏度得益2dB，用特征检测和序带贯检测的方法可提高6dB，总提高20dB=2+2+5+3+2+6dB。</P>
<P>相控阵雷达的阵列无线每一单元带有一个电检移相器或由移相器和衰减器组成的幅相调节器，因而天线口径照射波束可在计算机控制下快速变化。在固态收发组件基础上发展了数字波束形成技术，通过数字信号处理形成所需的接收波束，大大增加了雷达功能。在波束形成中的"加权求和"是在计算机里完成的，可以形成多波束，经过通道幅相校正，能得到很低的副瓣接收波束，且自适应性能很好。</P>
<P>影响数字波束形成技术实用的主要原因是实时运算能力和造价的限制。如果将数字波束形成用作固态相控阵的馈源再向有移相器的主阵面空馈，将是一种较实用的方法。</P>
<P>美国国际电路电报表吉尔富兰公司(1991年报导)制作的C波段T/R组件，在发射时输出功率超过12瓦，噪声系统为5～6dB，效率为20%，可编程衰减器采用一个双栅场效应放大管，可控15dB增益，而可编程移相器芯片由5个数字控制相位和一个模拟控制位，这两种可编程器件都由可编程只读存储器(PROM)控制(再接D/A变换器)。美国的T/R组件生产成本(1992年报道)瞎3000和6000美元之间，工业界的目标在后面5年内把此成本降到少于1000美元。</P>
<P>在八十年代初，美国AN/SPY-1相控阵雷达系统用微型计算机实现相控阵无线波束控制，它是程序存储器来控制各无线微处理器，每行的此微处理通过单总线与此行的各列移相器接口来实现数据、移相器地址及控制的传递。</P>
<P>在1988年5月交付给美国空军的固态相控阵天线，此天线列入西屋电子公司的超可靠雷达计划。此天线工作在X波段，此阵列由带有多个TMS320微处理器的波束控制计算机控制。新的波速控制相移值由波速控制计算机算出，送进组件，再利用行列地址对组件提供新数据。采用了5位数字移相器。阵列包括1980年发/收组件，对于阵列的1/4块(象限)采用独立的计算机插件。TMS320微处理器的计算速度比普通微处理(80年代中期如386)快十几倍，因其内部有高速硬件乘法器等。</P>
<P>在相控阵精密跟踪雷达中，为了实现与碟形无线相近的连续跟踪性能，希望相控阵天线有小的波束跃度，例如达到天线波束半功率点宽率的1/32。此外，为了保证角跟踪精度，必须准确知道波控数码与天线波束位置之间的准确对应关系，可在需要时对波束位置的变化进行微调或修正。为减小波束跃度，需要增加移相器位数K，即增加波控数码字长。对于精密跟踪雷达，k=10提供的0.11°的波束度可能还不满足要求。要做到8位以上的数字移相器是极其困难的，故在相控阵雷达设计中，通常采用虚位技术，只用4位甚至3位数字式移相器，在一些对天线副瓣电平要求很高的雷达中才采用5位移相器。</P>
<P>为了说明相控阵雷达对数据处理器的要求，这里给出表3，它是由1981年弹道导弹防御方案研究的数据处理报告中摘录的。从表中可以看出，相控阵雷达要求数据处理器应有的吞吐率约为6-7百万条指令/秒，而且启动跟踪和跟踪算法占用了近一半的速率要求。</P>
<P>表3 相控阵雷达数据处理器的吞吐率</P>
<P>略</P>
<P>当然表中是多功能雷达用的通用处理器的情况，并不是相控阵精密跟踪雷达的通用处理器的要求。从美国1987年装备的AN/MPS-39多目标跟踪雷达和美国1976年的AD报告中的实验相控阵测量雷达两者通用数据处理机的吞吐率都是7百万条指令/秒，这种要求比一般三坐标多功能雷达的数据处理能力的要求高些。</P>
<P>在八十年代中期的微型计算机的处理能力(80286)不够，所以当时多半在相控阵测量雷达中采用小型计算机，只有小型计算机才能达到这种处理能力(吞吐率和存储容量)。</P>
<P>美国GBR-X雷达以前称为末段成像雷达，GBR-X是美国雷声公司在1991年公布的陆上试验性相控阵雷达，1988年设计到1992年运转，它对飞行中段和末段的再入飞行器的防御探测和对西太平洋上美国导弹靶场支援。它还将用来辅助完成"大气层外弹头拦截弹"和"大气层内高空防御拦截弹"的制导任务。它有大规模的阵列天线大的时间带宽波形和逆合成孔径雷达数据的实时处理。它是一个单面双视场的X波段雷达。全视场天线直径3米(圆形)，电扫±50°，它位于边长约10米的正方形有限视场天线的中心，全视场天线用于较近的内大气层测量。有限视场天线电扫±10°，能进入外大气层空间。GBR-X雷达系统是安置在夸加林导弹靶场上设计的。其电扫相控阵天线装在能在方位和仰角上机械旋转的转台上。这样性能好且成本低。其信号处理机包括8个67820为基础的微处理器和15000多个其它的集成电路，安装在约550声电路板上，有约3万条固件码。脉冲重复频率为200赫。</P>
<P>美国AN/MPS-39(MOTPR)靶场通用多目标跟踪雷达，它是两维相控阵加两维机扫，由美国无线电公司研制。到1993年为止，已先后有4部AN/MPS-39多目标测量雷达装备在美国试验靶场试验，第二部于1990年6月交付美国空军东部航天与导弹中心(卡纳维拉尔角靶场)，第三部于1990年底交付白沙导弹靶场，第四部于1992年初交付美国西部靶场(范登堡空军基地靶场)。且还在继续按计划分阶段提供其它几部。此雷达与AN/FPS-16精度相当，同时截获和跟踪10个目标，系统的所有主要功能都在计算机控制下。直角坐标α-β或α-β-r跟踪滤波器、基座方位和仰角控制、自动增益控制、自动频率控制和恒虚警伺服回路，均由在系统计算机内运行的软体实现。阵列有8359个单元，每个单元有一个3位二极管移相器和一个波束控制COMS门阵列集成电路逻辑芯片和其它，每个波束位置的准确数据由每个阵列单元计算。在接收机的6个通道上设有6个计算机控制的单级(20分贝)射频衰减器。速度辅助Ⅱ型伺服位置回路由计算闭合。中频接收机有一个60分贝的编程(由计算机控制)增益范围。信号处理机用软件完成I和Q检测以及包括检测等。数据处理机采用了60uldSEL/9780超级小型计算机，这个具有双中央处理单元的处理机配置提供了7百万次条指令/秒吞吐率和4兆字节存储器。MOTR的全部计算机程序是18000条Fortran语言指令和5000条汇编语言指令。此雷达执行动目标分辨(TMR)相参数据处理，必须逐项对雷达反射功率进行估算。美国陆军多坐标跟踪雷达采购费为1.03亿美元(在1990年～1997年间)。</P>
<P>我国某型精密跟踪地空导弹制导雷达是相控阵体制，天线能在波束控制计算机控制下以笔形波束进行两维空间电扫，采用单波束完成搜索、截获、多目标单脉冲跟踪和制导等多功能。据1984年报道，此雷达的微型计算系统由16位字长的微机、专用接口、A/D和D/A变换器以及并行接口板组成。16位字长可满足控制精度要求，速度上可采用乘除法硬件加以提高。与一般跟踪雷达的区别是它进行目标与导弹坐标参数的实时处理、预测目标与导弹的遭遇距离以及控制己方导弹空中飞行姿态。通过多次外场试验，对其应用软件进行反复的修飞，定型后将其固化烧在EPROM存储器中。</P>
<P>我国某HQ9小阵面制导雷达(据1987年报道)选定了32位字长的MC68020微处理机为主计算机芯片，考虑了在雷达主控计算机中采用微机并行处理方案。</P>
<P>4 逆合成孔径雷达信号处理中应用微机情况</P><P>逆合成孔径雷达采用提供产生运动目标(如飞机和导弹)的雷达图象所需的高角分辨率的信号处理技术。</P><P>我国第五部逆合成孔径(ISAR)试验系统于1994年在其地区运转，获得了四批外场数据的处理结果，对喷气飞机和螺旋桨飞机，在航线的直线段和转弯段都得到了较好的成像结果。运动外偿的改进多普勒中心跟踪法和成像的超分辨方法能明显改进成像质量。与国外公开结果比较，可认为我国造合成孔径雷达技术已进入世界先进行列，将进入该技术实用化阶段。</P><P>ISAR实验宽带系统用于对目标进行成像数据采集的系统。窄带系统选用现成的单脉冲雷达坐标测量系统。宽窄带系统采用分时效替工作方式，即两系统共用一部宽带行波管发射机。</P><P>在奇数周期，发射带宽为1.2MHz时宽1μs的等频脉冲信号，对目标进行单脉冲跟踪以获取目标的距离、角度和速度(称窄带数据)；在偶数周期，发射带宽400MHz、时宽25.6μs的线性调频信号(称宽带信号)，采用全去斜率的脉冲压缩处理以获取目标的距离高分率成像数据。窄带数据和宽带数据经非实时处理得到目标的逆合成孔径图像。经六次飞行试验，共采集了高达600MB(兆字节)的真实飞机目标的ISAR成像数据。</P><P>选择脉冲线性调步信号，采用声表面波气体产生比信号，频域处理中采用"全去斜率的脉冲压缩处理方法"(国外称Syretch工作方式，国内称时频转换技术)可将400MHz的宽带信号处理转化为8MHz的窄带信号处理，这使ISAR方案可以实现。全去斜率的脉压处理只要混频(相乘)和一次FFT运算就可实现脉冲线性调频信号的脉冲压缩，此一次FFT运算由A/D变换后的计算机实现。</P><P>ISAR雷达是在某型号的精密跟踪雷达的基础上改造而成，中心频率5520MHz，带宽为400Hz，相应的距离分辨率可达0.375m。雷达交替发射窄带与宽带信号，重复周期为2.5ms。单脉冲跟踪雷达对目标作距离跟踪时，距离门信号的系统误差为4米，而起伏误差为3米。宽带信号用于记录目标的ISAR回波数据。A/D变换器采样率取10MHz，动态范围为50dB，故A/D的位数为8位。本雷达系统计算机采用386微机，配制硬盘容量为140MB(兆字节)。在C波段对中型飞机可实现成像距离大于30公里。</P><P>逆合成孔径雷达能从固定或运动平台对导弹、飞机、舰船、卫星和天线等运动目标进行全天候全天线远距离成像，在战略战术反导防御和雷达天文学中都有重要应用价值。</P><P>利用ISAR试验雷达进行ISAR成像的单位有三个：南航、哈工大和西安电子科大，都得到了较好的成像结果，这些ISAR成像结果在1996年北京召开的国际雷达会议录中有较细的报道。</P><P>ISAR信号处理的关健技术是对目标的运动补偿和成像，运动补偿的目的是消除目标与雷达之间相对平移的影响，是成像的先决条件，它一般分两步，即距离对准(距离运动补偿)和相位对准(横向距离运动补偿)。成像方法是距离-多普勒原理，成像的纵向分辨率由大带宽信号脉压得到，成像的横向分辨率基于目标相对于雷达视线的转动而引塌的多普勒频率梯度的多普勒滤波得到。这两种关键技术都由微机的软件实现这些算法。</P><P>朱兆达等人的处理方法：假如距离用频域法已对准，从相邻周期回波相位谱的差异提取距离偏移量，相位补偿用多普勒中心跟踪法(就是Prickett在1980年提出的目标重心跟踪的具体化)，由于中心转动分量是存在的，再引入Wahl等的相位梯度自聚焦(PGA)算法(为1994年获取此信息的)，以致形成了改进的多普勒中心跟踪法。就是用距离-多普勒法求得初像，再对初像进行循环移位和距离并变换到数据域，再用多普勒中心跟踪法估计平动员相位分量，对初像一维数据进行相位补偿，得到新像，如此重复2-3步，并迭代几次，即可得到聚焦更好的像。循环移位是指将初像上每一距离单元中的横向像素序列用循环移位，使其中最强的像素点移至横向坐标为零的位置，也就是使其多普勒频率为0，消除了该中心点转动相位分量。隔离即加窗，使同一距离单元中只保留一个最强散射点，消除多个散射点之间干涉。朱兆达教授提出，在相位补偿中，轨道拟合法对于目标运动比较平滑时，可给出较精确的运动补偿，但此法不适用于目标运动包含剧烈扰动的情况。另外，用线性预测数据外推(LPDDFT)超分辨法可把成像分辨率提高2-3倍。</P><P>宿富林、曹志道等人的ISAR技术：采用运动补偿是改进后的距离对准加恒定相位差消除法(轨道拟合法)以及距离-多普勒FFT成像法，再对成像结果均作拉伸处理。在成像处理时，对几个脉冲，每个脉冲对m个距离单元进行相干积累，m，n各为256个。改进的距离对准法是在作相关对准前对一维像作限幅处理，从而使相邻的一维成像变化较小，提高距离对准精度。</P><P>保铮等人的ISAR的方法：包络对齐采用包络相关法，而初相校正是根据模型的不同情况分别选用孤立点法、加权特显点综合法和散射重心法。在1989年保铮的论文中就已提出线性调频脉冲信号的时频转换法(Strech)法，可大大降低系统的处理速度。只是将基参考信号跟踪目标作相应目标距离的延迟。</P><P>赵福强、柯有安的ISAR雷达相位补偿法：幅率谱成像法，又提出了用优化算法进行小角度成像的方法，选择了凸集合提影法。</P><P>毛引芳等人的ISAR成像运动补偿算法：以散射功率质心为基准的ISAR成像的运动补偿(称参考点质心法)，提出了用回波数据拟合曲线来平滑质心作为参考来进行相位补偿较合适。</P><P>张直中在1989年初提出了逆合成孔径雷达的工程实现方案：雷达可发射二种不同的信号形式，首先发射一个单脉冲窄宽信号(B=2～5MHz)对目标作为点目标进行距离和方位精密跟踪。通常此时此点目标的均方根距离误差可在几半内，方位误差可在1毫弧内。有了此先验先息，大带宽成像就无需高速采样A/D变换，而可用时频转换的很低采样率。将不同的时间(距离)信息变换成不同的频率信息。将不同的时间(距离)信息变换成不同的频率信息，然后对频率信息作数字FFT处理，获得很高的纵间分辨率。将目标与雷达的相对运动(包括径向和切向)补偿掉(去掉)，在数字处理中，将相对运动的相位补偿掉。指出了在人造卫星成像雷达简图中，A/D变换后是距离分辨，将距离、方位和仰角数据都送入记录器记录下来，再脱机横向距离分辨。基本上形成了ISAR雷达的雏形。在1990年，他与孟静提出了一种用相位曲线拟合作运动补偿的ISAR二维成像。在已有粗测距离值，还有目标复回波信号，则可求得目标回波相位的模相位。分别求出各次接收回波距离采样中对应于最大振幅的采样复值，求其对应相位，就可求出模糊多普勒频率，由此复回波信号求出的多普勒频率，得到模糊的多普勒频率，即距离对准。再进行横向的相位补偿，采有曲线拟合法，将fd拟合为一次曲线，再积分成二次相位，然后分别对各距离单元的几个回波进行相位补偿。单荣先于1989年提出了具体的轨迹拟合法。为了得到瞬时相位、I/Q分量、通过FFT处理，得到的多普勒频率通常是模糊的，利用跟踪雷达输出的距离变化率和真实目标多普勒展开有距离变化度比较，可解此模糊。用样条函数平滑轨迹，再消距离误差的相位模糊，得到样条即目标重心，就可运动补偿了。单荣光于1994年8月介绍了其精密跟踪雷达的ISAR试验记录。对一次曲线，再积分成二次相位，然后分别对各距离单元的几个回波进行相位补偿。单荣光于1989年提出了具体的轨迹拟合法。为了得到是瞬时相位、I/Q分量、通过FFI处理，得到的多普勒频率通常是模糊的，利用跟踪雷达输出的距离变化率和真实目标多普勒展开的距离变化率比较，可解比模糊。同样条函数平滑轨迹，再消距离误差的相位模糊，得到样条即目标重心，就可运动补偿了。单荣光于1994年8月介绍了某精密跟踪雷达的ISAR试验记录。对原始数据进行傅里叶变换，对雷达实测数据进行一维ISAR成像结果，可以提取目标长度和分析出其结构。这些特征可以作为目标识别的依据。用国产C波段首次进行ISAR一维成像已接近国外同样水平。</P>
<P>5 跟踪雷达各分系统中应用微机情况</P><P>5.1 接收机中应用微机情况</P><P>主要涉及单脉冲雷达跟踪接收机实现AGC(自动增益控制)与AFC(自动频率控制)两回路数字化，当配备不同软件时，可实现回路误变带宽、多目标的自动增益控制等。这样便于从目标捕获到跟踪雷达操作的完全自动化。首先用其它引导手段将精密雷达天线对预定空域进行照射然后本振频率进行搜索，测距机自动对目标进行检测，与检测到目标后，距离转入跟踪，同时实现增益、频率自动调整，最后完成角度跟踪。这在以往的模拟系统是无法实现的。</P><P>这里计算机软件实现低通滤波器在自动增益控制回路中控制接收机混频器中数控衷减器。AGC对和支路实现闭环控制，对差支路实现开拓控制。AGC和AFC均选用双积分闭环系统。双积分滤波器由计算机来实现。AFC中计算机控制电调本振(VCO)，构成闭环。实践证明，AGC和AFC系统稳定，使用方便且无零调整。具有小信号的自动搜索捕获能力。</P><P>据1984年报道，用Z80单板机进行雷达接收机的数字自动增益控制。在研制成的数控衰减器的基础上，利用Z-80单板机进行DAGC闭合回路的试验，达到预定效果。DAGC是低通滤波器，采用巴特沃兹低通滤波器。</P><P>5.2 发射机中应用微机情况</P><P>1995年报道，新型跟踪雷达发射机，为全相参数主振放大式高稳定度发射机，它由三级功率放大器组成，末级为高功率冷阴极前回波放大器，工作频率为5400～5900MHz，脉冲宽度为0.8或3.2μs，峰值功率大于500kW，平均功率1kw，脉冲重复频率为600Hz。此发射机有宽频带特性，瞬时带宽大于400MHz，适于在高精度和高分辨率雷达系统，如逆合成孔径雷达系统中应用，对新型发射机只要略加改进就可在多目标相控阵雷达，如美国AN/MPS-39(MOTR)雷达中使用。</P><P>国外一些精密跟踪雷达中采用通用频率综合器作主振率，如AN/FPQ-6改进型雷达采用HP-5100作主振，它适合现代雷达宽频带后捷变频的要求。</P><P>1996年报道，在跟踪雷达发射机中设计出一种以可编程逻辑控制器(PLC)为中心的发射机中设计出一种可编程逻辑控制器(PLC)为中心的发射机控保系统。PLC是以微机为基础的专为在工业环境下应用的工业计算机，通过编程，它能完成逻辑运算、顺序控制、定时计算等功能。PLC的输入/输出电路均采用光电距离，做到了电浮空，故抗干扰性强。该发射机主要由场效应放大器、一级行波管放大器和一级前向波等放大器(CFA)组成。其中配有高压电源、调制器、水冷系统等设备，均由控保系统控制操作顺序开关机。显示器可随时显示整机工作状态，如行波管高压、前向波管有高压通断指示，发射功率指示等。若有故障就自动关断有关部分并相应显示。要求PLC至少有五十个输入/输出端子，为方便控制，输出接口选用继电器输出型。用PLC来控制雷达发射机，线路简捷，工作方式灵活多变，体积小重量轻。通过两年多雷达发射机的使用，PLC控保系统工作稳定可靠。</P><P>据1992年报道，光电耦合器应用在雷达发射机和微机之间，使发射机的强干扰不会进入CPU电路中。如用串行输出的A/D变换器，已用在某发射机产品上，此A/D转换速度为20μs，所以必须用快速的光电耦合器。传送钟频信号时，因为其重复频率较高，也必须用快速光电耦合器，如6N134、6N137等。其全部可用慢速光电耦合器如ISQ74、TLP621等。</P><P>5.3 天线伺服系统中应用微机情况</P><P>雷达天线伺服系统中，数字计算机主要任务包括通过软件来实现正割、比例积分、微分等各种补偿、进行方位和俯角位置环以及速度环的闭合(数字滤波或校正)、工作状态的转换、变伺服带宽、变增益、消摆、进行滤波预测提供精确的雷达输出数据来实现复合控制、最优控制等，采用数字计算机后，可提高测角精度、提高自动化程度、缩短雷达反应时间、提高灵活性和可靠性。</P><P>计算机辅助跟踪就是在雷达测角系统中，采用滤波和数字技术，将滤波和伺服分开，使整个系统由一个窄频带的接收滤波部分和一个宽频带的伺服驱动部分组成。前者提供精确的雷达输出数据，后者只承担目标的指向跟踪，可大大提高伺服系统的精度。当所用的滤波器最优时，可实现最优控制。</P><P>系统设计时，首先需解决数学模型问题，可将连续函数离散化，如将连续函数离散化，如①将微分方程用数值积分化为差分方程；②冲缴不变法；③双线性变换法。最好的离散化是双线性变换法，得到I变换的传递函数，就可得到递函数，就可得到倒推算法(即控制算法)。当选择采样频率大于系统带宽10倍时，可将系统中的数字部分与数/模转换--同看作连续环节来处理。就可采用微机执行算法并监控电动机运行。</P><P>八十年代初，天线抛物面的随动机构，已经是由一个8085微处理机控制的位置伺服系统，功放采用脉宽调制(PWM)，其优点是功放级的效率高，因为这种主控通道采用数字量可直接驱动控制直流频进电动机。由于脉宽调制功率放大器切换频率选得高(2.5KHz)，平均失控时间仅0.4ms，所以它的动态特性好，故在精密测量雷达中早已采用。在驱动750W高速直线伺服电动机运机中，工作稳定可靠。</P><P>用状态空间法分析综合计算机控制的伺服系统，最大优点是适于多输入多输出系统，另外能充分利用计算机的计算能力，实现状态变量或输出变量的反馈，达到最优控制。</P><P>复合控制是使系统受到位置信号控制的同时还受到一个辅助控制信号的控制，使伺服系统误差为零，提高民系统精度。为此，可用再生反馈系统，计算机将用伺服系统输出数据进行处理，形成目标坐标(R、θ、ε)的导数，将它作辅助跟踪信号，正馈到伺服系统速度环路的输入端。这里要用计算机把距离、方位和仰角三条路的输出数据进行坐标变换、再微分、滤波平滑、坐标反变换以及形成得到R、θ、ε再生反馈信号正馈到三条路的速度环路输入端。</P><P>同轴跟踪技术是为了减小系统误差而用的。于1968年起，美国把老雷达改装成同轴跟踪雷达，命名为AN/FPQ-13，AN/FRQ-14和AN/FRQ-15。结果使雷达测角精度提高一个数量级，使系统误差降低到0.05密位以下。同轴跟踪系统的关健还是完善的标校和误差修正，需要采用计算机标校和修正。</P><P>唐美琼在1990年发表的一篇论文，涉及到一种新型的精密跟踪雷达伺服系统。卫星发射弹道轨迹的测量、导弹落点的准确跟踪等都要求雷达伺服系统具有高精度、高速度、高加速度和高可靠性。此伺服系统由单板计算机、功放电路及接口电路等组成，如图3所示。图中，ISBC88/40A为测量与控制单板机，它为伺服系统的控制用。因为单独机简单便宜且工作可靠。单板机就是将CPU与存储器和I/O接口芯片安装在一块印刷电路板上，构成一个微处理机。图中虚线框内为ISBC88/40A单板机，单板上有单端32路可编程增益控制的12位A/D变换器、三个ISBXTM多模块插座可以扩展D/A变换，串行和并行口。64K字节的4个EPROM/EEROM插座用ISBC341模块可扩展至128K字节。改变板上跨接线，用户可选用4.8或6.7MHz时钟频率。改变CPU时钟振荡器到24MHz，单板也能在8MHz下运行。附加ISBC337数字数据处理器多模块板提供了浮点运算功能，只用一块单板机即可完成方位和仰角两系统的控制和调整。14位SDC(同步数字变换器)把随角度变化的同步绕组电压变成角度数字量，四块SDC共数据线与单板的并行口8255芯片接口。板上附加一块ISBX×350为并行I/O多模块板。伺服控制用单板插上雷达主计算机箱内，以主机共总线。</P><P>图3 SDC为同步数字变换器，CAT为计算机辅助跟踪，虚线框内为ISBC88/40A单板机</P><P>略</P><P>图3中，上面九种信号都经总线在板上双口RAM中交换。单板附加一块ISBA×328模拟输出多模块板，其上的8路12位D/A变换器。微处理器处理后的数据经ISB×328板与电流回路输入接口。通过板上第三个ISBTM插座扩展一块ISB×351串行多横块板与CRT接口，伺服系统调试时可方便地更改系统参数。</P><P>该伺服系统是位置环、速度环和电流环组成。方位和仰角两个控制系统的位置环和速度环和运算及信号处理由微处理机完成。电流回路中，功放电路采用晶体管脉宽调制回路，调制频率2.8KHz。方位电动机采用两台750瓦永磁直流无槽电动机。方位采用双马达电消隙传动。采用19位交电编码器为雷达跟踪测量时送出准确的测量数据。该伺服系统在自动跟踪方式时，跟踪状态伺服系统带宽分四档可变，伺服单板计算机根据变带宽码自动变宽。正割补偿由计算机软件实现。还有的工作方式：记忆跟踪、计算机辅助跟踪和星体跟踪等。用计算机作故障检测。静态检测有：单板的RAM检测、A/D和D/A变换检测、伺服电源检测、脉宽调制器功放过流检测、仰角0°检测和仰角3°检测等，检测结果经并行口送到两只带有寄存器的显示器CL002，显示在分机面板上。达到的性能：最大速度50°/s。，最大加速度30°/S2，加速度系数Ka>50(1/S2)，跟踪回路带宽0.5、1、2和3Hz四档可变；系统随机误差小于0.05密位。</P><P>孙炳生在1986年发表了一篇论文，指出了跟踪雷达天线的自适应快速调转方案。在整个火控雷达系统的反应时间中，窄波束跟踪雷达天线的方位调转时间占有相当大的比例。可采用微型计算机程序控制来实现最佳快速调整。在跟踪雷达接收到目标方位指示数据后，应立即使电机在最大加速力矩作用下快速启动，使天线方位沿最短路径向目标指示方向运动，且在最短时间内使电机达到最大速度，当天线方位到达所指示位置时，电机速度正好为0。根据此思路可画出相应的最佳快速调转时的位置、速度和加速度曲线，再由微型计算机的程序自动制别及执行，同时微机程序自动进行开环速度控制与闭环位置控制的状态转换。当调转行程较大时，采用等腰梯形的速度控制方式，当调转行程较小时，采用等腰梯形的速度控制方式，当调转行程较小时，采用等腰三角形的速度控制方式，所以是自适应的控制方法。按上述控制模式对某舰载跟踪雷达进行了天线方位快速调转试验，经试验测试，实际调转时间比理论计算机增长10%左右。</P>
<P>在1992年，王齐祥提出相控-机电跟踪系统的分析与改进。角跟踪系统由电子跟踪系统(相控跟踪)与机电伺服系统两部分组成。电子跟踪主要完成搜索截获目标与对目标的精确跟踪，而机电伺服系统主要完成使天线机械轴线快速地大致向目标，并始终保持目标在波速扫描范围内。</P><P>这种跟踪系统的优点：①电子跟踪控制波束灵活，可在较宽范围内迅速搜索目标，并立即截获目标转入跟踪，可用变α和β参数解决搜索和跟踪矛盾；②电子跟踪可用跟踪多目标；③由于电子跟踪作为精跟踪，而伺服系统为粗跟踪，就减轻了伺服系统的压力，伺服系统好设计；④由电子跟踪补偿大部分舰船摇摆。这就要求电子跟踪系统有较宽带宽，波束才能快速扫描与跟踪。由于数据输出是电子跟踪与伺服天线轴输出的合成值，这样就有矛盾，伺服为窄带系统，其随机误差越小，系统误差较大，而电子跟踪系统为宽带系统，系统误差小，随机误差较大。所以对这种跟踪系统进行改进，数据输出加滤波器的方式，就是增加(误差支路增益系数)和β(速度累加系数)，即增加带宽，在数据输出再加一个窄带(带宽2赫)滤波器，可减小随机误差。相控输出的波束偏差误差送伺服系统做控制用，另一路经窄带α、β滤波器系统后送到数据输出系统。这样就达到即快速跟踪又减小误差的目的。</P><P>在1996年，张伯彦和蔡庄宇发表了"舰载相控阵雷达跟踪波束的计算机控制"论文。提出一种实现电子跟踪波束稳定的计算机控制方式：动态补偿舰船摇摆运动与自适应卡尔曼滤波相结合，计算机仿真结果表明，该方法能使舰载相控阵雷达电子跟踪波束稳定而且精确地指向机动目标，并易实现。嵌入相控阵雷达系统的高速度大容量计算机可有来实现电子稳定。</P><P>该论文的主要思路：经甲板坐标系转换到大地坐标系后，目标运动就可用自适应卡尔曼滤波，用卡尔曼滤波的状态估计量的相应加速度分量来代替加速度均值，可获得机动目标的良好的状态估计值。对于船摇，用动态补偿的方法预以消除。首先将船摇简化模拟为正弦运动，并用α-β滤波器消除其测量噪声，将卡尔曼滤波的状态估计值的相应分量代入位置、速度和加速度表示式中，以便实时求解出位置、相对速度和相对加速度，并用这些信息，将在甲板坐标系下的预测目标的位置一步外推值变换到相控阵面方向余弦坐标系，再以此作为相控阵雷达的波束指向。在目标机动和舰船摇摆情况下，运动补偿算法和自适应卡尔曼滤波构成的电子跟踪波束稳定系统可以使预测误差标准差限制在波束宽率的1/10范围内。</P><P>王齐祥在1996年发表的论文中论述了船用跟踪雷达的角伺服系统对船摇扰动的隔离方法，在机电伺服系统的波束稳定方法中，有两种方法，即前馈稳定法和陀螺反馈法。前馈法中，利用船的方位水平仪或捷联式稳定基准，测出相应方向的船摇角和角速度，再经坐标变换折算到雷达舷角与仰角方向上的角速度，反向加到相应支路的速度环路输入端，用以去掉船摇扰动引起的波束摆支，也就减小船摇引起的附加角误差。这种前馈稳定技术较适合大型船用雷达，因其摇摆角速度不大，故精度要求不太高(如1.5毫弧)。在陀螺反馈法中，雷达天线仰角轴的平台上安装两个正交速率陀螺，分别敏感舷角与仰角的角速度，并负反馈到各支路中，组成各自的陀螺速率环路，去掉船摇扰动。此法比前馈法精度高。另外，电子跟踪系统的波束稳定法中，在采用有限相扫与机电跟踪相结合的复合跟踪系统中，相控阵雷达的波束稳定完全与波束指向控制熔为一体。在通过坐标变换使波束按稳定坐标系指向目标方向，再通过坐标变换到相位平面内布相，从而达到波束稳定，由于全数字控制，计算精确波束指向反应快，几乎没有滞后(不通过跟踪回路)，这种测角精度要比机电系统高。</P><P>吴畏和邹丽娟在1990年发表的"正割补偿的软件实现"论文中指出，在跟踪雷达伺服系统中，随着仰角变化，要对方法误差信号作修正，目的是补偿方位对目标的动态滞后，以实现对天线运动的正确控制。正割补偿传统方法是在雷达天线仰角轴上安装正割电位器因电刷接触不良易中断信号传输，后者电路较复杂，故现在用软件实现，可降低成本，可提高可靠性和灵活性。该文以8088/8087(或80286/80287)指令系统进行描述。软件法有两种：查表法和基于协处理的方法。在查表法中，根据不同仰角值，在一个固化到EPROM上的数据表里寻找对应的正割函数值。这里跟踪雷达仰角精度在0°～70°，正割函数值由一个字波长列出，用高三位表示正割函数整数，其余低十三位表示正割函数值小数部分。若雷达配备的计算机具有浮点运算功能，如单板机配有8087或80287，就可利用浮点指令集里的三角函数指令PTAN来求出某一角度正割函数值，如配有80386/80387系统，则可直接利用FCOS指令完成正割补偿。</P><P>我国在八十年代在跟踪雷达中采用了引进的SDC(同步/数字转换)模块，用粗精组合法实现了精度小于0.3毫弧度。RDC1704为单通道式14位分辨率400赫励磁应用下的旋转变压器式轴角编码器，而SDC1604为单通道式16位分辨率400赫励磁应用下的自整角机式轴角编码器，后者的测量显示精度达0.01°。某型号精密跟踪雷达上要求研制一种高精度轴角编码器，就采用精密轴系，将分装式多极旋变装配式整件，选用双通道旋转变压器数字转轴器(RDC)，配合使用单片机(CPU8751)进行数据的纠正组合。单片机对整个系统实时控制，且增加了自检功能。采用了RDCAD2S44，它是双14位单片双通道旋变数字转换器。只要将粗机的前6位角度数据与精机的14位角度数据拼接起来，可组合成20位角度数据。</P><P>5.4信号处理中应用微机情况</P><P>对雷达信号的要求是①应具有足够的能量以检测最远最小的飞机和导弹等目标；②应具有足够的带宽，以保证所需距离分辨率和测距精度；③应有足够的时宽，以鉴别活动目标和地物杂波。</P><P>飞行器隐身技术的发展，促使人们探求提高信噪比的方法。纵向距离的匹配滤波可用脉冲压缩技术，横向距离的脉冲串匹配滤波可用脉冲多普勒频率相干积累，也就是提出了高分辨率雷达的匹配滤波问题，为了实现各散射点回波的相干相加，必须提高雷达的距离分辨率和多普勒频率分辨率。例如距离向匹配滤波，其中前级对发射滤形匹配，后级对目标匹配。这种体制对于火控或制导雷达，已获得一定的目标信息，对机型和姿态等有一定了解，应用的可能性大些。除上述距离匹配处理外，如再能对横向匹配处理，可获更高的信噪比得益。</P><P>数字计算机不仅处理雷达信号，实时提取需要的信息，还要根据这些信息作出判断，对雷达进行控制，例如对空间的扫描方式，对目标的选择及波束停留在各目标上的时间分配，根据目标环境图与信号模糊图匹配的原则，选择合适的波形类型和信号处理方式等，使雷达在复杂的目标环境中具有自适应能力。</P><P>雷达信号处理的主要特征是实时运算要求，七十年代的数字动目标显示运算量要求约5百万条指令/秒，八十年代的动目标检测运算量要求2千万条指令/秒。</P><P>脉冲压缩和多普勒滤波相干处理运算消耗了处理速率的80-90%。</P><P>信号处理机中几种改善检测性能的方法是可编程的，如杂波滤波器(MIT)、窄带滤波器(FFT)，求模和恒虚率处理受计算机代码控制选择各种组合方式，若杂波不强，可不用MIT而只用FFT处理。</P><P>在雷达信号处理前要有A/D变换器将接收机相检输出的模拟信号(幅度最大约±2.5V)转换成数字信号，如果用线性动态范围≥65dB，则A/D变换器至少要有11位的分辨率，故可选12位分辨率的A/D变换器，选择了DDC公司的A/D变换器ADC-00300-102。</P><P>美国在超高速集成电路(VHSIC)第2阶段将芯片线宽减小到0.5μm，使微电路芯片计算能力和集成度有很大提高。能提供实时处理能力和目标识别能力。由于这种芯片能完成复杂的机载多普勒雷达信号的实时信号处理，就可以对其提供高分辨率的地形和地面目标的图象，这种能力正用于美国空军F-15E中的AN/APG-70(西屋公司)火控雷达上和美国海军F/A-18中AN/APG-65(西屋公司)火控雷达上。西屋公司开发了一种VHSIC式的APG-68可编程信号处理机，预期这种VHSIC样机每秒能完成4亿次复杂运算，此速度是1987年前处理机的速度(1亿6千万次/秒)的2倍多。VHSIC处理机的体积减小一半多，功耗从3千瓦降到8百瓦。VHSIC带来的好处也可由西屋公司设计的VHSIC式1750A数字计算机看到，它每秒能完成3百万条指令运算，约为1987年前的计算机的两倍。第二代的VHSIC电路在1989年供货。这些芯片将应用于九十年代系统中。</P><P>5.5 测距测速中应用微机情况</P><P>在某种型号雷达的测距离测距机中，首次(1989年报道)采用16位单板机来实现目标距离自动搜索，并获成功，这就向测距机微机化迈出了第一步。</P><P>这种单板机，CPU为8086微处理器，RAM存放可变动的数据，如测距机的状态、目标的引导距离和波门的重合数等。</P><P>主计算机送出的目标引导距离值、测距机的实时状态及信号波门重合值等通过I/O输入通道送单板机RAM。而单板机搜索目标的搜索距离、目标的发现距离及发现标志等通过I/O输出通道送测距机。8255为并行口，8259为可编程中断控制器(PIC)，能支持8级中断。这里只用一级中断，雷达主脉冲申请中断。</P><P>在此雷达中，定出三个搜索范围：±8公里、±16公里和±24公里。这里采用累积检测法，即在一次采样m个脉冲有k个以上超过门限，就判为发现，小于k个，判为"0"。这里，m=32，k=8，Pd=0.99和Pf=10-8。在主计算机中距离引导下自动搜索目标，自动转入精密跟踪。</P><P>搜索波门产生根据引导距离和单板机搜索距离产生移动搜索波门，并将波门重合数通过I/O通道送单板机计算和判定。单板机还计算出目标运动速度送测距机，以便精密跟踪。</P><P>在1987年国际雷达会议录中有一篇关于精密测量雷达距离跟踪器的论文。该距离跟踪器的设计是用有8MHz钟频的MC6800微处理器完成大部分的跟踪环路功能。属于精密相干单脉冲C波段雷达的跟踪系统，用来截获和跟踪如空间运载火箭那样的高机动目标。此雷达的不模糊距离为264公里，通过n周期跟踪，距离可扩展到42000公里。距离分辨率为1米，径向速度为16公里/秒和加速度为2.2公里/秒2。自适应带宽调整，保证了距离精度。距离跟踪环包括跟踪选通门、距离误差提取器、自动跟踪组件和α-β跟踪器。</P><P>由于高速目标回波中的最大多普勒(在C波段上约720千赫)频移远大于脉冲重复频率，即产生测速模糊，脉冲多普勒雷达中的速度跟踪回路初始截获的谱线是模糊跟踪谱线，必须消除测速模糊使速度回路转入跟踪中心谱线。用计算机消除测速模糊的三种数字方法：最小二乘法简明易懂，不变量嵌入法计算量少，卡尔曼滤波法在目标回波起伏较大时效果良好。1968年报道，在AN/FPQ-6测量雷达上作了改造，脉冲多普勒改进设备通过多普勒效应直接测量目标径向速度，并在距离和角通道上进行相参积累，使跟踪距离增加一倍。一旦建立距离跟踪后，就由计算机指定多普勒跟踪器去跟踪一条多普勒回波细谱线，这种多普勒指定使本振频率偏移以便闭合多普勒跟踪环路(锁频环)。计算机比较微分距离数据和多普勒数据，采用不变量嵌入技术，快速解模糊，跟踪上中心谱线。计算机还利用发射频率和光速的数据把多普勒频率换算成目标径向速度。</P><P>5.6 数据处理中应用微机情况</P><P>在计算机控制下，跟踪雷达进行搜索、截获和跟踪运动目标，进行实时数据处理和轨道计算。对用雷达方法测得的目标位置(径向距离、方位角、仰角)和运动参数(径向速度等)进行数据处理，消除数据中的测量误差和噪声，得到较为精确的目标数据。例如，目标跟踪时，须对测得的目标数据进行平滑或滤波，为了估计弹道飞行器的弹着点或确定被瞄准目标的前置点，须对测得数据加以预测或外推；为了估计弹道飞行器的发射点，须根据测得的弹道轨迹进行内插；为了估计轨道上各位置点的速度、加速度及各阶导数，须对测得的位置数据进行微分。数据处理中还包括一项细微而精密的数据误差的标定和校正(标校)。在滤波中，最好采用α-β滤波器。如采用卡尔曼滤波器，可用在跟踪雷达自动增益控制的电压来测定信噪比，将此电压数据送入计算机，可实时改善协方差距阵，实现最优估计。</P><P>张志英在Radar87国际雷达会议上发表了论文，叙述跟踪低空目标的精密跟踪雷达降低角噪声跟踪误差的新方法。根据雷达信号估值器的综合判决，利用模糊集理论解决此问题。对消角噪声的自适应数字止带滤波器接在雷达信号主通道。对典型中型喷气式飞机进行了试验，结果表明，跟踪精度提高约30%。例如0.6毫弧度的误差降到0.4毫弧度。在综合判决器内获得的角噪声的主频率送入加权因子计算器，随后进入自适应止带滤波器，从而选出止带参数，角噪声对消掉后，在角跟踪环路中的角噪声分量将会降低。</P><P>5.7显示系统应用微机情况</P><P>雷达中都采用彩色光栅扫描显示器，因为它亮度高、色彩丰富、二次信息显示方便。据1996年报道，我国某型号制导和导弹系统中，采用了CRT综合显示器。</P><P>综合显示器是以PC微机及高分辨率的微机图形控制卡为基础增加了图像显示功能。显示管理微机为：CPU芯片为80386SX主时钟25MHz。电子盘由可擦除只读存储器组成，工作时代替软盘或硬盘，存储全部的应用程序。视频图形处理器电路为：以ET3000图形卡为核心，完成显示功能，此芯片包括图形控制器、数据串行发生器和图形处理器、CRT控制器以及定序器等。</P><P>据1992年报道，我国某雷达改造过程中首次采用计算机实施数据的实时处理、轨迹和窗口数据的实时显示、实时数据发送及跟踪信息的事后保存、打印。经过改造后的雷达，在执行"亚洲一号"、"风云一号"卫星任务中表现出色。此雷达计算机采用了国产长城0520DH微机，有并行数据输入/输出接口。配有两台彩色高分辨率显示器，图文并茂，运动轨迹显示，软盘储存数据。</P><P>5.8 故障检测中应用微机情况</P><P>在1984年，朱泉标的一篇论文，论述用微机对雷达设备故障的自动检测，用Z-80单板机对雷达设备进行机内被动测试，以一定准则发现故障并定位，具有被测分机点数多、检测速度快、连线少、设备小而轻等特点。该设计中，①巡回检测不必停机；②不必改动原设备；③由单板机组成的故障检测器与各机间的连线只有3条(一条询问信号线，一条回答信号线，一条清零线)；④采用n/m检测准则，降低虚警概率。单板机通过I/O接口电路8255A与各分机用三条线相连。在被检测的各分机中，设置一块附加电路板，板上有串入并出移位寄存器、电压比较器、模拟电子开关以及少量逻辑电路。</P><P>将该分机的各检测点按一定次序接到模拟开关。该设计对设备所有被测点进行一次巡回检测时间在毫秒至秒量级。当检测点确定、检测准则n/m确定后，把程序和数据注入EPROM中。</P><P>在1984年报道的段国帧、朱凤娟的一篇论文，叙述了实验相控阵精密跟踪雷达上采用微机时天线阵激励单元进行实时故障定位。激励单元多为功率部件，失效率较高，失效时会引起相控阵相位分布的畸变，所以要对故障单元进行检测。此处用微机BCS-80配以适当的数据采集及接口。小面阵有3000个阵元，量化为3位，激励单元也达900个。如相位分布畸变，天线增益就下降，旁瓣增大，指向精度变差。此设计的故障检测程序运行时间仅为3分钟。</P><P>1980年国际雷达会议录中有文章介绍了美国AN/TPQ-27精密跟踪雷达，它是七十年代的X波段雷达。配有自动检测系统，整个检测过程由雷达主计算机AN/UKY-7控制。该雷达共有91年测试点，共需0.73秒(巡回测)。A/D转换器是7位。每8毫秒接通一个检测点。测试主要项目：天线轴的射频调整、角精度测试、角误差校正、接收机噪声系数测试、发射机过载、角度伺服电动机的驱动电流测试等。</P><P>5.9 跟踪雷达目标模拟中应用微机情况</P><P>丁家会在1992年的论文中叙述了跟踪雷达运动目标的相关模拟。研制了一种全数字式中频的雷达回波相关模拟器，它能实时精确模拟运动目标的回波包络的相位。模拟高加速度运动的脉冲串必须要进行每个回波脉冲瞬时频率和超始相位的双重实时计算和指定，因为正是高加速度运动的目标，造成窄带频率跟踪雷达截获和锁定的困难。用TP-86E单板机进行实时递推和指定多种变化参数，用键盘输入用户指定的目标距离、速度及加速度初始值，模拟器在标准频率源的同东脉冲控制下工作。单板机每隔脉冲重复周期计算一次多普勒距离、多普勒频率和初始相角。该模拟器与多普勒测速系统(测速滤波晶体带宽为45Hz)在种参数下进行成功对接。对测速系统进行测试。</P><P>陈毓麟和龚玉珍在1995年的论文中叙述了采用微机控制的雷达校飞模拟器，能取代部分气球及飞机的校飞试验，是一种经济可靠的测试方法。该某脉冲精密跟踪雷达的校飞模拟器的主要功能为：①产生高等速直线运动目标的动态轨迹；②产生在三维坐标中任一维的等速/等加速运动轨迹。此模拟器主要由航路产生器、高频信号源、距离延时器及校正信息形式器等组成。航路计算机根据装定的航路参数以中断工作方式不断计算典型航路的坐标数据。用校飞模拟器的输出代替飞行器反射信号，并与雷达构成闭环跟踪回路，便可对被测雷达进行仿真模拟试验。可获得雷达模拟试验的系统误差和均方差。</P><P>（摘自中国航空网）</P>
好文!只不知俺们已经实用化的有多少!
还有距离哦`我国的电子技术水平还是很低的哦`
专业了点 看不懂
好文！！
<P>太惨不忍睹了！！！！！！！！！！！！！！！</P><P>Z80，8086时代啊！！！！！！！！！！！！！</P>
<P> ....軍迷有很多種.......我不要作這種,,,,,,,,,,,,累死人哦.太細了..........研究這麼細我會早死.....</P><P> 甘願給人說菜,堅決不學樓主這種專業精神,不學,但對樓主的精神,我算服了,頂一把!!</P>
军品还在802/386时代，没什么好奇怪的，够用就行，老芯片的可靠性、安全性有保障“装不了后门”。