一种雷达伺服系统自适应变带宽跟踪实现方法技术方案

本发明专利技术涉及一种雷达伺服系统自适应变带宽跟踪实现方法，自适应变带宽实现的难点主要包括伺服参数的整定以及自适应伺服带宽切换判据的构建，本发明专利技术首先利用针对Ⅱ型雷达伺服系统，按照K

【技术实现步骤摘要】
一种雷达伺服系统自适应变带宽跟踪实现方法


[0001]本专利技术属于自动化
，具体涉及一种雷达伺服系统的自适应伺服带宽切换的设计和实现方法。

技术介绍

[0002]随着飞行器再入返回和临近空间飞行器测量任务的出现，其特点是目标飞行角速度快、飞行高度低、飞行管道偏差大，尤其在目标飞临雷达上空，即高仰角跟踪时，雷达伺服跟踪的角速度和角加速度都比较大，动态滞后非常大，极易超出天线的波束宽度而导致目标丢失。
[0003]目前雷达伺服系统减小动态滞后一般采用开闭环复合控制系统方法来实现，在提取目标前馈角速度时，由于受到测角随机误差尤其误差电压突跳因素的影响，导致目标前馈角速度量的抖动比较大，用此信号来进行复合控制的效果比较差，或者当误差电压不能通过数据合理性检查时，会自动采用角速度正反馈来改善伺服跟踪性能，但角速度正反馈可能会影响系统的稳定性，这些因素都大大限制了复合控制系统的应用。
[0004]本专利的基本思路是充分挖掘雷达伺服系统的自身潜能，针对Ⅱ型系统按照K
a
值划分，采用相位裕度最大准则确定期望特性参数，采用自适应带宽切换的方式实现高动态目标的跟踪。本专利的重点是伺服带宽调整和自适应带宽切换的判据构建，通过实际仿真分析和测试验证表明，该方法适应性强、带宽切换过程平稳、工程实现简单，完全满足设备研制和执行试验任务的需要。
[0005]2016年2月出版的《电子机械工程》第32卷第1期公开了一种高精度测速雷达伺服带宽自适应设计与实现方法，该方法根据跟踪雷达带宽范围窄的特点，设计了带宽自适应方法，即预设3组PID参数对应不同的伺服带宽，根据跟踪角速度大小切换相应带宽。仿真验证表明，该方法带宽切换平稳，角速度变化平滑，在高速、低速下均能获得良好的动态响应，相比固定带宽具有更好的适应性和控制效果，缺点是
①
伺服带宽数量太少，伺服跟踪性能提高有限；
②
针对Ⅱ型雷达伺服系统，角速度信息的不能反映雷达跟踪的动态滞后情况，无法进行精确控制。
[0006]2009年6月出版的《四川兵工学报》第30卷第6期公开了一种雷达伺服系统的模糊自适应PID控制器设计方法，该方法针对雷达伺服系统数学模型复杂以及非线性的特点，设计了一种模糊自适应PID控制器，该控制器将工作人员的经验结合其中，利用模糊控制理论能够在线实时整定PID参数，缺点是
①
该方法仅局限于仿真分析，未见在工程中有实际应用；
②
该方法要实现过程中需要用到测角误差的微分量，当误差电压出现剧烈抖动时，系统是不能正常工作的。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供了一种雷达伺服系统自适应变带宽跟踪实现方法，该方法适应性强、带宽切换过程平稳、工程实现简单，完全满足设
备研制和执行试验任务的需要，是完成类似于CE
‑
5返回段等高动态任务的最佳选择。
[0008]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种雷达伺服系统自适应变带宽跟踪实现方法，所述方法包括以下步骤：
[0009]步骤一：雷达伺服系统的建模
[0010]为了简化设计与计算，在雷达伺服系统的位置环建模时可将速度环近似为一个惯性环节，这样雷达伺服系统的自跟踪环路就是一个典型Ⅱ型系统，其开环和闭环传递函数为：
[0011][0012][0013]其中，为系统的开环增益，K
s
为跟踪接收机的定向灵敏度，K
p
为自跟踪环PI调节器的比例增益，T
p
为自跟踪环PI调节器的积分时间常数，K
v
为角速度环的闭环增益，T
v
为角速度环的等效时间常数，N为减速比，并给出中频宽h的定义：
[0014]h＝ω2/ω1＝T
p
/T
v
[0015]其中，ω1表示第一转折频率(ω1＝1/T
p
)，ω2表示第二转折频率(ω2＝1/T
v
)。
[0016]步骤二：雷达伺服系统的位置环伺服参数整定
[0017]在已知K
s
、K
v
、T
v
、N的情况，在预先确定K
a
值的情况下，对典型Ⅱ型系统期望特性的设计就转化为K
p
、T
p
的选择问题。由于雷达伺服系统变带宽跟踪测量需要5～6组带宽，可按照K
a
值由小到大划分不同的伺服档位，然后用最大相位裕度准则计算出h、K
p
和T
p
，然后在根据相位裕度分析其稳定性，最后根据其闭环传递函数计算出该K
a
值所对应的伺服带宽。下面以某雷达伺服系统为例进行介绍：
[0018](1)确定所需的一组K
a
值，如方位K
a
＝[1.5,2.5,5.0,7.5,10]。
[0019](2)基于最大相位裕度准则确定中频宽h
[0020][0021](3)根据中频宽h确定K
p
、T
p
：
[0022]T
p
＝hT
v
[0023](4)根据相位裕度分析系统稳定性，一般要求相位裕度γ(ω
c
)大于40
°
。
[0024][0025](5)根据闭环系统的幅频特性计算某K
a
值所对应的伺服带宽。
[0026](6)收敛特性测试和利用目标模拟器对跟踪性能进行测试验证。
[0027]步骤三：雷达伺服带宽切换的判据构建
[0028]由于雷达伺服系统都设计成Ⅱ型系统，动态滞后主要是由于伺服跟踪的角加速度引起的，采用方位横切面(横切面和方位面的示意图如图2所示)和俯仰的角加速度作为自适应带宽切换的判据是最好的方法。
[0029]根据能够提供的数据源的类型不同，可以按以下三种判据进行伺服带宽切换，其
中判据1是根据中心机提供的实时数引数据直接计算横切面和俯仰的角加速度值，判据2和判据3是基于等高直线匀速飞行的轨道(如图3所示)计算横切面和俯仰的角加速度值或包络值，是一种工程近似，但完全满足伺服带宽切换的需求。
[0030]判据1：{横切面加速度、俯仰加速度}
[0031]当数引数据中包含a
A
、a
E
、ω
A
、ω
E
、E时
[0032][0033]判据2：{横切面加速度、俯仰加速度}
[0034]当数引数据中包含ω
A
、ω
E
、E时
[0035][0036]判据3：{横切面加速度包络、俯仰加速度包络}
[0037]当数引数据中包含v、E、R时
[0038][0039]式中，a
A
表示方位角加速度，a<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雷达伺服系统自适应变带宽跟踪实现方法，其特征在于：伺服带宽按照K
a
值划分，采用相位裕度最大调整法整定位置环伺服参数，调试出5～6组伺服带宽，并用相位裕度判断其稳定性，然后构建雷达伺服自适应带宽切换的判据，并通过优化切换流程确保航捷前后伺服带宽切换单调递增或递减。2.根据权利要求1所述的一种雷达伺服系统自适应变带宽跟踪实现方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一、雷达伺服系统的建模设定开环和闭环传递函数为：设定开环和闭环传递函数为：其中，为系统的开环增益，K
s
为跟踪接收机的定向灵敏度，K
p
为自跟踪环PI调节器的比例增益，T
p
为自跟踪环PI调节器的积分时间常数，K
v
为角速度环的闭环增益，T
v
为角速度环的等效时间常数，N为减速比，并给出中频宽h的定义：h＝ω2/ω1＝T
p
/T
v
其中，ω1表示第一转折频率(ω1＝1/T
p
)，ω2表示第二转折频率(ω2＝1/T
v
)；步骤二：雷达伺服系统的位置环伺服参数整定已知K
s
、K
v
、T
v
、N的情况，预先确定K
a
值，按照K
a
值由小到大划分不同的伺服档位，然后用最大相位裕度准则计算出h、K
p
和T
p
，然后在根据相位裕度分析其稳定性，最后根据其闭环传递函数计算出该K
a
值所对应的伺服带宽；步骤三、雷达伺服带宽切换的判据构建采用方位横切面和俯仰的角加速度作为自适应带宽切换的判据，根据能够提供的数据源的类型不同，按三种判据进行伺服带宽切换，其中判据1是根据中心机提供的实时数引数据直接计算横切面和俯仰的角加速度值，判据2和判据3是基于等高直线匀速飞行的轨道计算横切面和俯仰的角加速度值或包络值；步骤四：建立自适应伺服带宽切换流程第一步：初始化(1)设置方位/俯仰伺服档位，方位伺服档位设为N，俯仰伺服档位设为M；(2)设置横切面和俯仰的角加速度阈值，横切面角加速度阈值为a
A
，俯仰角加速度阈值为a
E
；(3)初始化雷达伺服跟踪档位N＝1，M＝1；初始化方位和俯仰带宽切换用的俯仰比较值EtA＝0、EtE＝0；第二步：接收站中心机数引数据(1)判断伺服系统是否处于跟踪状态，“是”则转入步骤(2)，“否”则进行捕获目标；(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿元新，毛南平，苏龑，潘高峰，戴正旭，汝海龙，
申请(专利权)人：中国卫星海上测控部，
类型：发明
国别省市：