测量船 新测量船测控系统目标捕获策略探讨

　　摘要： 能否快速、准确、稳定实施对目标的捕获直接关系到测量船海上测控任务的成败，本文针对新测量船天伺馈系统的特性，及影响目标捕获的主要因素、目标捕获跟踪方案的选择及跟踪方法进行了分析讨论，确定在不同的型号任务中，不同的测控系统如何选择最佳捕获策略。
　　关键词： 跟踪捕获；仰角；信号；目标
　　中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）22-0225-030 引言
　　目前我国共有三艘用于海上测控的航天测量船，分别承担了我国运载火箭、卫星、神舟飞船海上测控任务，任务密度大、要求高。船载测控系统受船摇因素的影响不停运动，能否快速、准确、稳定捕获目标直接影响任务的完成，所以针对不同任务的捕获方案选择尤为关键。故本文进行了一些分析讨论，提出了我船测控系统对目标捕获的一些新的认识及据此确定的根据不同型号任务选择最佳跟踪捕获方案。
　　1 影响目标捕获的主要因素
　　影响目标捕获的因素主要有环境因素和目标特性因素。环境因素是指海况及船摇，目标因素是指目标运动特性和目标信号质量。
　　1.1 环境因素对目标捕获的影响
　　1.1.1 海面的绕射与海水的透射 当微波信号在传播过程中遇到障碍物时，有一部分能量会饶过障碍物前进，尤其是在信号的波长与障碍物的尺寸相近时比较明显，绕射角度越大，能量损失也较大；同时在遇到海水时，也会有一部分能量会透过海水前进（如图1所示）。综合这两个因素，即使目标处于海平面以下，仍然会有一部分目标信号能量饶过海平面前进，从而被测控天线所接收。
　　1.1.2 海平面的反射 在信号入射到海平面时，会有一定的信号反射出去，尤其是在入射方向与海平面的夹角较小时反射较明显。另外大气折射指数在海面附近的水平层状突变也会造成反射。
　　1.1.3 低空不规则湍流小气团的散射效应 在海平面上存在一些不规则的湍流小气团，当其大小与传播信号的波长相比拟时，信号遇到它们时会发生向各个方向的散射现象。
　　以上几种效应常常是伴随发生的，整体而言，在海上当目标处于海平面以下时，也会有相当强的一部分信号能够超视距传播。
　　1.2 目标自身因素对捕获的影响
　　1.2.1 目标信号强度 根据目标信号强度，可推算出天线对准目标时跟踪接收机锁定后天线主瓣和各级副瓣的AGC电压大小。AGC电压的大小直接影响伺服操作手能否正确判断目标的主副瓣，进而快速捕获目标。
　　1.2.2 跟踪目标的姿态 跟踪目标的姿态不正常时天线接收的信号可能是目标上发射天线旁瓣的信号。在这种情况下，目标刚出地平时雷达可能发现不了目标，当仰角稍高时接收到的信号较小，但此时接收机线性良好且目标落在雷达天线的主波瓣内，这时才对捕获跟踪比较有利。
　　1.2.3 卫星天线交替覆盖测量船 由于卫星在飞行过程中的姿态和轨道的特点决定了卫星天线的对地覆盖情况有较大的变化，在以往的任务实战中，有受卫星调姿影响，从而出现了对称安装的两副下行天线交替覆盖测量船的现象，因而测量船测控设备跟踪过程中将出现一个下行点频的信号由强到弱、再由弱到强的变化过程，影响伺服操作手对目标的判断和捕获。
　　1.2.4 跟踪高仰角目标 目标仰角较高时，方位角速度、俯仰角速度、加速度变化都较大，加上船摇加速度，如果合成后加速度大于伺服系统加速度后，跟踪将产生滞后，严重时将导致目标丢失。而且天线工作在高仰角时，电机、伺服驱动、天线结构都处于满负荷工作状态，对其寿命将造成极大的损害。
　　2 现有目标捕获跟踪方式优缺点分析
　　捕获跟踪方案的科学性、合理性和有效性将对操作手的判断与操作非常关键。以下对各种捕获策略的特点和对影响目标捕获的主要因素等方面进行了深入探讨。
　　2.1 等待点手动搜索捕获方式 从前文1:1:1小节分析可知，等待点手动搜索捕获，目标尚未出地平时，其信号就已经能被我们的天线接收了，当然，此时很大一部分信号是沿着海平面传输的（如图2），简单来说可以认为最终到达天线时海平面反射与海平面附近大气反射的信号占主流，考虑我们的天线接收和波瓣宽度比较宽，可以选择大地仰角0度作为等待点，这里有以下几个方面的理由：
　　2.1.1 可以充分接收信号 主波瓣的上沿约在大地仰角0度左右，加上天线三轴中心离水平面约20米，基本可以充分接收到空间传播的信号，同时也能很好地接收到经海平面传播的信号。我们可认为在大地仰角0度以下发现目标的概率最大。
　　2.1.2 可以确保天线的安全 一般海况在测量船放减摇鳍后船摇造成仰角变化小于1.5度，而测控系统天线的俯仰下终限在-4度左右，选择0度作为一般情况下的等待点不会造成任何安全上的问题。
　　2.1.3 增加了分析判断与应急反应时间 目标自大地仰角0度左右到信号稳定一般有10～20S以上的时间，而这个多出来的可反应时间对我们稳定、快速捕获目标非常宝贵。一方面可对目标情况进行合理分析判断，可以与数引数据仔细比较，判断数引数据满足使用要求即可安心挂数引。另一方面对设备的工作情况或可能出现的问题多了应急反应时间，也可以更好地证明设备状态的正常。从而使总体人员对设备的整体状态能够有更好的把握。
　　2.2 中心机数引叠加中心修正捕获方式 数字引导一般由相关计算机系统向伺服控制系统提供数字化的目标角位置信息，直接引导主天线电轴对准目标，接收目标信号进而进行角度捕获跟踪（如图3所示）。一般情况下，中心机数引精度较高，伺服主控易于实现目标捕获跟踪。不足之处在于，中心机数引计算中要考虑大气折射的影响，目标出地平后，要对模型进行修正，改变大气折射参数，此时，数引俯仰角将会存在0.6°的阶跃，对天线不利，并对目标捕获造成一定的干扰。
　　实际进行目标捕获跟踪时，中心机数引通常需要叠加中心修正方式，两者结合捕获应用。中心机数引叠加中心修正捕获跟踪方式是新测量船设备的新技术、快速捕获目标的新手段，老型号的测控设备不具备此项捕获跟踪功能。