跟踪雷达的智能控制方法研究及嵌入式系统实现
第一章绪论
1.1课题研究的背景与意义
随着军事技术的不断发展和跟踪雷达应用的日益广泛，对跟踪雷达
的性能要求和智能化水平要求也越来越高。在武器控制、靶场测量、空间
探测和民用等[1]多个领域，跟踪雷达都具有相应的应用和发展，跟踪雷
达首先要进行移动目标的捕获，捕获的实质是把天线波束精确的指向可能
有目标的可疑区域，捕获的控制方式主要有指向、扫描和手动控制，捕获
目标虽然并不属于跟踪工作的范畴，但它是跟踪雷达实现距离跟踪或者角
度跟踪的前提，而具有快速响应、稳态误差小等特点的伺服控制和检测系
统是及时精确捕获目标的保证。另外，现代雷达伺服控制系统正在由模拟
控制系统向全数字化控制系统发展，数字化伺服控制系统具有编程灵活、
稳定性高、成本低的优势，且易于实现伺服系统的一体化和智能化控制，
并可以提高雷达的跟踪精度及自动化控制程度。但是，仅对雷达伺服控制
系统的硬件进行升级改造，改进的裕度并不大，仍然需要对检测系统和控
制算法进行提高，才能使系统的性能指标有本质性的改变。为了加快提高
跟踪雷达的伺服控制系统的技术水平，提高雷达的生存能力和抗干扰性
能，促进跟踪雷达向高精度、多功能、数字化、智能化发展，适应国防技
术的需要，有必要对跟踪雷达的硬件、控制算法及软件控制流程等方面进
行全面的优化。本课题是一项与某研究所的合作项目，目的是研制某跟踪
雷达天线的全数字化、高精度的伺服控制系统，其控制对象如图1-1所
示。
1.2跟踪雷达的国内外研究历史与现状
目前，跟踪雷达对移动目标的跟踪主要是通过扫描跟踪和连续跟踪
[1,2]两种方式，扫描跟踪方式是利用雷达天线波束在搜索扫描情况下对
移动目标进行跟踪，包括边扫描边跟踪方式、扫描加跟踪方式、自动检测
跟踪方式，在对空监视、民用交通管制等领域基本全采用自动检测跟踪方
式，在自动检测跟踪方式下，跟踪雷达的俯仰方向保持不动，而方位方向
采用恒定速度进行连续旋转扫描，获取目标的移动轨迹和信息，即实现对
移动目标的自动跟踪。连续跟踪方式是利用雷达天线波束对目标进行连续
跟随转动，它与扫描跟踪方式的最大区别是它采用闭环跟踪控制系统，即
将天线指向的实际位置与目标位置的偏差送入闭环的伺服控制系统，驱动
天线波束随目标的移动而运动；而扫描跟踪方式是开环跟踪控制系统，其
位置误差直接送至数据处理而不需要去控制天线对移动目标的随动。跟踪
雷达具有很多种分类方法[3]，按照应用领域划分，可分为武器控制跟踪
雷达、靶场测量跟踪雷达、空间探测跟踪雷达和民用跟踪雷达；按照跟踪
精度划分，可分为中精度跟踪雷达和精密跟踪雷达；按照天线波束扫描方
式划分，可分为机械扫描跟踪雷达、相控阵(电子扫描)跟踪雷达、混合式
(机械扫描+电子扫描)跟踪雷达。跟踪雷达的主要特点是连续自动跟踪、
高精度的目标位置信息测量以及高数据率的数据输出。在跟踪雷达中，除
了发射机、天线、接收机、信号处理和数据处理功能外，还需要对移动目
标进行跟踪的多个自动闭环跟踪回路。就跟踪雷达的发展而言，美国一直
领先于其它国家。二战期间，美国研制出SCR-584跟踪雷达[1,3,4]，它
是一种中等精度跟踪雷达，当时主要用于火炮控制，该雷达首先实现了对
移动目标的连续自跟踪及对火炮射击的控制，其角跟踪精度约为0.2°，
使高炮射击命中率提高了近2个数量级；1956年，美国研制出第一个精
密级跟踪雷达AN/FPS-16(XN-1)，其角跟踪精度达到0.03°，比SCR-584
提高了一个数量级，直至今日，它仍然是美国靶场跟踪测量雷达中的一个
重要型号；1964年，美国林肯实验室研制出具有多用途的赫斯台克
（Haystack）雷达，它既可以作为空间通信的地面基站，也可以作为跟
踪和测量雷达，还可以用做射电望远镜；1999年，美国研制出用于导弹
防御系统的地基雷达GBR，它本质上是一个固态有源相控阵精密跟踪雷
达，可以实现对全空域的覆盖以及在二维上对移动目标的角度连续自动跟
踪。2004年，美国的SPY-1F跟踪探测雷达实验测试成功，该雷达可同
时跟踪200多个目标，其主要特点是它的伺服控制系统采用分布式处理
器来实现数据的快速处理，具有较强的多任务处理能力。当前，美国的跟
踪雷达技术在高精度的基础上正在朝向宽带、多用途、多目标跟踪方向发
展。
第二章跟踪雷达的伺服控制系统功能分析与方案设计
2.1跟踪雷达的