先進雷達系統(tǒng)穩(wěn)定性與IMU

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）隨著先進雷達系統(tǒng)的精度和分辨率呈指數(shù)級提升，獨立陣列設(shè)計得越來越大，先進的雷達系統(tǒng)必須集成眾多IMU系統(tǒng)以確保雷達升級后對更高性能的支持。

各種地面相控陣運動系統(tǒng)也是如此，隨著射頻頻譜不斷增高，相控陣系統(tǒng)的精度越來越高，系統(tǒng)需要集成各種慣性測量單元IMU、陀螺儀和加速度計來提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

雷達定向技術(shù)提升

從1936年至今，由于電子技術(shù)和精確定位技術(shù)的不斷發(fā)展，雷達的操作分辨率和瞄準(zhǔn)能力已經(jīng)有了極大地提升。定向技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)可以確定垂直和水平空間分辨率。在定向精度提升或者頻譜提高時，分辨率會相應(yīng)增高。比如多普勒雷達已經(jīng)可以做到出色的速度分辨率，相對的，脈沖雷達在空間分辨率上更為優(yōu)異。

這些都還只是基礎(chǔ)的雷達，雷達技術(shù)的進步更多地體現(xiàn)在一些先進的應(yīng)用上。比如3D氣象雷達使用NextRAD技術(shù)繪制距離和高度風(fēng)暴圖、94-96GHz雷達可以在10公里處提供1厘米的分辨率以及人體掃描雷達的精準(zhǔn)探測。這些先進雷達都基于天線的方向或天線上部分子陣列的方向來辨別目標(biāo)的準(zhǔn)確距離。

雷達發(fā)展挑戰(zhàn)

當(dāng)這些雷達搭載在可移動的設(shè)備上時，大大增加了這些設(shè)備的探測性能。但同時也對雷達定向系統(tǒng)提出了更高的要求。移動設(shè)備的偏航、俯仰、滾動都會影響到定向系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，而且因為同時存在三個加速軸，定向系統(tǒng)的校準(zhǔn)也難度倍增。同時大量電子系統(tǒng)也會對雷達產(chǎn)生干擾。

這些雷達系統(tǒng)的精度已經(jīng)變得非常高，非常精準(zhǔn)，而且波束變得非常細微，此時需要非常精準(zhǔn)的定向行進、方向、姿態(tài)加速度和移動等各方向的數(shù)據(jù)信息。不僅是整個陣列，大型陣列中的各個子部分也需要能夠提供這些數(shù)據(jù)信息。也就是說，從各個子陣列到整個陣列，都需要非常準(zhǔn)確的定向性能來實現(xiàn)電子增益。

高端民用雷達現(xiàn)在已經(jīng)往多功能、多波束、多模式系統(tǒng)發(fā)展，機械雷達實現(xiàn)單一功能的方案已經(jīng)跟不上發(fā)展的腳步。直接采樣和數(shù)字波束成型的雷達將更有優(yōu)勢。而且這些雷達系統(tǒng)都需要極快的反應(yīng)速度，依賴遠程或系統(tǒng)IMU帶來的延遲肯定是無法滿足需求的，本地化的IMU信息將更加重要。

這種大型陣列往往需要使用多個慣性傳感器，不只是單純地進行定向，還需要將IMU用于測量該陣列中的彈性或偏差。可以說雷達的穩(wěn)定性很大程度上取決于IMU系統(tǒng)能提供準(zhǔn)確、及時的輸入。

IMU輔助雷達系統(tǒng)提升穩(wěn)定性

IMU可以集成進各種雷達的子系統(tǒng)中以提供穩(wěn)定性反饋以支持定向應(yīng)用，比如天線系統(tǒng)。使用IMU對天線進行傾斜檢測，幫助實現(xiàn)小幅度的機械調(diào)整。在這種檢測中，誤差可能來自頻譜密度、RMS、速度隨機游走、偏移重復(fù)性、跨軸靈敏度等等方面，因此選用合適的IMU或加速度計就很重要。

對于大型的雷達相控陣這種場景，整個陣列中的薄板會出現(xiàn)高度彎曲使得整個系統(tǒng)的各個元件會保持不同的性能水平。此時在天線陣列的不同點放置IMU可以為系統(tǒng)提供補償，以便補償大型陣列中可能存在的相位延遲之間的差值。IMU此時既是控制回路的一部分，又反過來可用于調(diào)節(jié)平臺的位置。

不管是動態(tài)環(huán)境還是靜態(tài)環(huán)境，IMU的應(yīng)用都能大幅提升雷達系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

小結(jié)

雷達定向技術(shù)的提升大幅提升了探測精度，運動解析技術(shù)的提升也將目標(biāo)速度變化解析得更為精準(zhǔn)，而這些高性能能否發(fā)揮出來的關(guān)鍵在于IMU能否提供及時準(zhǔn)確的運動數(shù)據(jù)。先進雷達系統(tǒng)開始集成眾多IMU生態(tài)系統(tǒng)，IMU已成為雷達穩(wěn)定運行的關(guān)鍵傳感設(shè)備。