[发明专利]自适应处理雷达天线位置振荡的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自适应处理雷达天线位置振荡的方法。

背景技术

跟踪雷达伺服系统作为驱动雷达天线运转的执行机构，实现输出变量精确地跟随或复现输入变量的控制系统，是一种比较特殊的随动系统。雷达伺服系统是雷达的重要组成部分，它对于搜索目标、跟踪目标以及精确测量目标的位置和其它参数起着重要作用，主要作用是根据指令和误差进行综合计算，控制电机拖动雷达天线做跟随目标的运动，并实时精确测量雷达机械轴的位置。伺服系统性能的好坏将直接影响雷达的跟踪精度。雷达伺服系统是一个包含方位轴、俯仰轴和横滚轴的三轴系统，它是典型的机电一体化系统。长期以来，对于像雷达伺服系统这样的机电耦合系统，无论在理论上还是在工程设计中，都被人为地割裂为两部分：机械部分和控制部分，从而严重制约了雷达伺服系统的总体性能。伺服系统环路设计采用电流环、速度环、位置环三环控制方案。伺服控制器完成位置环闭环功能，伺服驱动器完成电流环和速度环的闭环功能，电流环和速度环为位置环的内环。雷达伺服系统由电流、速度、位置三个回路组成，电流回路是速度回路的一个环节，速度回路是位置回路设计的基础；电流回路的主要作用是减小电枢回路的时间常数，在忽略电动机反电动势的影响下，对结构谐振环节有一定的抑制作用；速度回路可以减小时间常数，提高回路的动态特性，增加系统的相角裕量，改善系统的过渡过程品质，提高系统的低速平稳性，扩大系统的调速范围；位置回路的作用是根据雷达的工作方式命令，实现精确定位和位置随动。通常电流环、速度环设计为比例、积分、微分控制，位置环设计为比例、积分控制。跟踪雷达的工作方式主要有跟踪方式、引导方式、搜索方式、手控方式。

在现有技术中，图5示出了未采用本发明时的雷达状态切换方位位置振荡示意图。当雷达从引导方式切换到跟踪方式时，雷达天线当前位置与实际目标之间的位置差是随机的。为了将雷达天线快速地调转到目标位置，则可能存在大角度调转雷达天线，雷达天线与目标之间的位置误差迅速减小，当雷达天线接近目标位置进入雷达的波束范围时，雷达工作方式切换到跟踪方式，初始切换过程中，容易发生位置振荡。位置振荡是指雷达跟踪目标时，雷达天线运动的位置曲线不平滑，既存在向角度增大的方向运动，又存在向角度减小的方向运动，而且向不同方向运动所引起的跟踪误差的幅值超过了0.02度的误差范围。

在图6所示未采用本发明时的跟踪过程中位置振荡示意图，可以看出，雷达在跟踪过程中，由于外部扰动和非线性因素的影响，偶然也会发生位置振荡，在未采用本发明时，振荡的时间比较长，即位置误差收敛得比较慢，必然影响系统的跟踪误差精度。

跟踪雷达伺服系统常常需要较高的跟踪精度。将前馈补偿和模糊PID控制相结合构成混合智能控制策略。在成型雷达装备中,控制电路伺服系统多采用基本PID控制,大多数的回路是PI控制。虽结构简单可操作性强,但可调参数少,超调量大调节时间长。PID是一个比例(P)、积分(I)、微分(D)的闭环控制算法，要实现PID算法，必须在硬件上具有闭环控制，就是得有反馈。比如控制一个电机的转速，就得有一个测量转速的传感器，并将结果反馈到控制线路上。PID控制算法并不是必须同时具备这三种算法，也可以是PI，PD,甚至只有P算法控制。比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法各有作用：比例反应系统当前的基本偏差e(t)，系数大，可以加快调节，减小误差，但过大的比例使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定；积分反应系统的累计偏差度，因为有误差，积分调节就继续进行，直至无误差；微分反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。但是微分对噪声干扰有放大作用，加强微分对系统抗干扰不利。积分和微分都不能单独起作用，必须与比例控制配合。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳，其原因是由于存在有较大惯性环节或有滞后环节，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。在控制器中仅引入“比例P”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，“微分项”能预测误差变化的趋势。

目前对伺服系统控制算法的优化一直是控制理论的研究热点。跟踪雷达伺服系统三个回路比较常用的控制算法为比例－积分－微分算法PID算法，跟踪雷达伺服控制中的数字伺服控制系统的PID算法表达式为：