電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠(yuǎn)）隨著先進(jìn)雷達(dá)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(jìn)的雷達(dá)系統(tǒng)必須集成眾多IMU系統(tǒng)以確保雷達(dá)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(dá)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(dá)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(dá)已經(jīng)可以做到出色的速度分辨率，相對的，脈沖雷達(dá)在空間分辨率上更為優(yōu)異。

這些都還只是基礎(chǔ)的雷達(dá)，雷達(dá)技術(shù)的進(jìn)步更多地體現(xiàn)在一些先進(jìn)的應(yīng)用上。比如3D氣象雷達(dá)使用NextRAD技術(shù)繪制距離和高度風(fēng)暴圖、94-96GHz雷達(dá)可以在10公里處提供1厘米的分辨率以及人體掃描雷達(dá)的精準(zhǔn)探測。這些先進(jìn)雷達(dá)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(dá)發(fā)展挑戰(zhàn)

當(dāng)這些雷達(dá)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(dá)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(dá)產(chǎn)生干擾。

這些雷達(dá)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(xì)微，此時需要非常精準(zhǔn)的定向行進(jìn)、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(dá)現(xiàn)在已經(jīng)往多功能、多波束、多模式系統(tǒng)發(fā)展，機(jī)械雷達(dá)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(dá)將更有優(yōu)勢。而且這些雷達(dá)系統(tǒng)都需要極快的反應(yīng)速度，依賴遠(yuǎn)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(jìn)行定向，還需要將IMU用于測量該陣列中的彈性或偏差?？梢哉f雷達(dá)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(dá)系統(tǒng)提升穩(wěn)定性

IMU可以集成進(jìn)各種雷達(dá)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(jìn)行傾斜檢測，幫助實現(xiàn)小幅度的機(jī)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(jī)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(dá)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(dá)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

小結(jié)

雷達(dá)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(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)開始集成眾多IMU生態(tài)系統(tǒng)，IMU已成為雷達(dá)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵傳感設(shè)備。