http://www.paper.edu.cn-1-基于梯度法的对空中目标搜索与跟踪李正周，赵峰，杨士德，杨士中（重庆大学通信与测控研究所,重庆400044）摘要：基于捷联式角位移扰动稳定的抛物面天线步进跟踪广泛应用于运动载体对空中目标搜索与跟踪，但却存在跟踪速度慢和精度低的问题。针对此不足，本文研究了基于扰动速度稳定和梯度跟踪法的车载空中目标搜索与跟踪技术。抑制扰动速度的保持内环隔离车体摇摆，保持天线在惯性空间的指向。基于梯度法的跟踪外环确定目标方向和速度，快速跟踪目标，校正内环漂移。试验结果表明，该技术对硬件设备要求低，能快速、准确地跟踪空中目标。关键词：目标搜索与跟踪；天线稳定；梯度跟踪法；空中目标1.引言行进中的汽车、舰船和飞机等运动载体上天线对空中目标快速搜索与跟踪在各种应急、救灾、勘探、运输以及国防指挥自动化等领域中发挥重要作用，同时也是探测与跟踪领域研究的热点和难点问题。然而，行进过程中的汽车受崎岖路面和车速共同造成的颠簸、冲击等干扰作用下会摇摆不定。车体的摇摆就会使置放在车体上的天线摆动，导致天线主波束偏离目标，造成目标丢失甚至无法正常工作。因此，有效隔离扰动和快速跟踪目标成为保证车载对空目标跟踪需解决的首要问题1,2。天线稳定就是采用物理或数学的平台给出天线相对于惯性坐标系的控制信号，使天线不受机座角运动的干扰而稳定在惯性坐标系中。目前，天线稳定方法大致可分为机械稳定和电气稳定（又称捷联式稳定）两种。机械稳定平台产生与摇摆相反方向的进动克服载体的横摇、纵摇以及航向偏离，为天线跟踪设备提供近似水平的安装基础，早期使用较多。但机械稳定平台结构复杂、造价昂贵且精度不易提高，已逐渐被淘汰3。电气稳定则是直接把天线跟踪设备安装在车体上，采用陀螺等传感元件敏感车体的姿态变化，并通过数学平台给出天线相对于惯性坐标系的控制信号，使天线稳定在惯性坐标系中而不受机座角运动的干扰4。这种方法取消了笨重的机械稳定平台和中间控制环节，可以保证天线的指向精度。尽管天线稳定系统可在一定程度上能隔离干扰和对准目标，但其工作方式实际上仍属开环控制系统，存在着多种因素造成的目标指向漂移和误差，如卫星指向计算的准确性、航向和车体摇摆的测量积累误差、以及目标的运动等，所以必须通过目标闭环跟踪予以修正和补偿5。要实现目标的闭环跟踪就必须利用接收信号的信息，如信号的幅度和相位，测量出跟踪目标的角误差。相控阵天线利用接收信号在天线阵列中相位关系测量目标的方位，其结构极为复杂。抛物面天线通过步进跟踪的方式在方位或俯仰方向上搜索信号极大值达到跟踪目标的目的，却存在跟踪速度慢和精度低等突出问题6。圆锥扫描天线驱动天线在空间中做圆http://www.paper.edu.cn-2-锥扫描以获取最大信号电平，从而得到目标角误差信号。由于圆锥扫描天线的电轴不是安装在抛物面天线的焦点上而是偏离一定角度，降低了目标跟踪精度。单脉冲天线通过比较天线上多个馈元接收信号振幅和相位上的和差关系，获取目标角误差信号。这种方式跟踪效果好，但设备复杂。2.天线稳定分析在车载等空中运动目标跟踪系统中，有的设备（如电子罗盘）测量的是相对于惯性坐标系的参量，而有的设备（如光电编码器、旋转变压器）测量的则是相对与车体坐标系的参数。惯性坐标系和车体坐标系之间相互转换则成为天线稳定的数学基础。2.1坐标系及相关参数规定惯性坐标系tttZYXΟ：tXΟ轴指向正东方向；tYΟ轴指向正北方向；tZΟ轴指向天，即东北天坐标。天线电轴在水平面的投影与tYΟ轴的夹角为方位角tA,顺时针为正；天线电轴在水平面的投影与天线电轴的夹角为俯仰角tE。车体坐标系bbbZYXΟ：bXΟ轴为载体横轴，指向右；bYΟ为载体纵轴，指向前方；bZΟ垂直于车体面，为竖轴，指向上。天线电轴在车体平面的投影与bYΟ轴的夹角为在车体坐标系的方位角bA；天线电轴在车体平面的投影与天线电轴的夹角为俯仰角bE。2.2车体姿态角车体姿态角可由航向角、纵摇角和横摇角描述，它们分别定义为：H——航向角，车体首尾线bYΟ在水平面的投影与正北方向tYΟ轴的夹角；P——纵摇角，车体首尾线bYΟ与其在水平面上的投影...
