某场面监视雷达结构总体设计

王磊，房景仕，潘永强，张先锋

(中国电子科技集团公司第三十八研究所，合肥230088)

某场面监视雷达结构总体设计

王磊，房景仕，潘永强，张先锋

(中国电子科技集团公司第三十八研究所，合肥230088)

分析了场面监视雷达的特点，针对某地基水面监视雷达红外系统设计要求，提出了一体化的并行设计理念，并对雷达结构总体设计进行了分析和计算，解决了整体空间布局设计、天线座集成化设计、支撑架设计、俯仰机构设计、收发单元设计和热设计。外场试验实测数据验证了雷达系统对水面移动物体的探测能力。

场面监视雷达;结构总体设计;天线;红外监视

场面监视雷达能够全天候对地面运动目标(如行人、运动车辆等)和低空飞行的目标(如直升机)等进行探测和识别，完成重点区域活动目标的探测和警戒任务［1－3］;而且能够对国家重要设施(如水坝、输油管道、机场等)及边境和海岸等重点区域进行监视保护。随着恐怖主义、不对称战争、武器和毒品走私等对国家安全的威胁不断增加，场面监视雷达的需求逐渐增多。

本研究设计的某场面监视雷达作为地基雷达红外监视装备中的一部分，应用于某大坝水面监视。该雷达是我所前期某便携式雷达的延伸系列型，在充分借鉴继承原雷达结构的多系统集成设计、商品化设计等优点的基础上，优化了雷达系统的空间布局、强化了通风散热设计、继承性地把便携式雷达转化为固定站小型雷达，拓展了该雷达的监视适用范围。以下就雷达结构总体设计、天线座集成化设计、支撑架设计、俯仰机构设计、收发单元及热设计进行详细论述。

1 雷达结构总体设计

该搜索雷达为固定式小型雷达，安装在天线罩内。由于光电系统过线电缆安装在天线罩内壁，雷达在方位旋转时，不能触碰这些电缆，使得雷达的空间尺寸进一步减小。该雷达内部为封闭腔体，侧面为纸蜂窝结构，换热性能较差，工作温度较高。

针对该雷达的应用环境要求，采用一体化的并行设计理念，进行设备的一体化设计。通过合理布局，优化结构，进行集成化、轻小型设计:将天线座、天线、收发、信号等集成于一个单元体，并实现雷达系统和光电系统的融合性结构设计，解决了狭小空间内的电缆连接多、环控难度大、各系统集成度复杂、光电及雷达联动等多重难题。

如图1所示。雷达结构主要包括天线座、俯仰机构、天线、电子设备、风扇、支架等［4］。

图1 雷达结构组成

2 天线座集成化设计

天线座设计采用一体化的并行设计理念，集成设计多功能小型天线平台，该转台尺寸小、重量轻、功能全，其结构集成了驱动单元、角度反馈单元、回流环等，可实现扇扫、环扫、跟踪等多模式运动［5－7］。

天线座系统包含转盘、底座、驱动单元、汇流环和编码器等组成，转台集成在电子集成单元内，信号通过汇流环传输。结构形式采用大齿轮固定，电机带动小齿轮围绕大齿轮旋转。此天线座尺寸小、功能全，为减小雷达的整体空间尺寸提供了基础。

雷达工作过程存在一定的噪声。经分析排查，最终确定噪声主要来自天线座，主要有3个主要方面的原因:一是电机本身性能不好，噪音大;二是转速快，传动比大，导致齿轮啮合产生的噪音;三是齿轮齿面加工精度不高，啮合不均匀。针对以上问题，采取了以下解决措施:①选择质量好的电机，降低电机自身噪音污染;②传动比不要太大，造成电机满载转速输出，降低电机输出转速;③提高齿轮加工精度，齿轮尽量外购，进行二次加工。采取解决措施之后，雷达噪声明显减小，效果显著。

3 支撑架设计

搜索雷达作为一款固定式小型雷达，需要长期稳定工作。所以本套雷达在设计过程中首先要考虑的影响因素是其结构稳定性。天线座带动支架转动，而天线、电子设备、散热风扇等都固定在支架上。因此，支架的设计必须保证足够的强度和刚度，同时也要考虑维修性等。

如图2所示，采用ANSYS软件对支架进行有限元分析。使用SOLID185单元进行网格划分，共得到65 845个单元，通过计算可知，壳体的最大应力是15.8 MPa，满足强度要求。

4 俯仰机构设计

根据指标要求，天线俯仰角度范围为－4～4°，俯仰机构采用调节螺杆机构，机构如图3所示。

图2 支架受力分析

图3 天线层结构组成

调节螺杆机构一端安装在支架支耳上，另一端安装在天线支耳上。通过改变调节螺杆的长度来调整天线的俯仰角度。俯仰机构运动简图如图3所示，则调节螺杆的长度L3可以表达为

式中:L1为天线旋转支耳和调节螺杆近天线端支耳的距离; L2为天线旋转支耳和调节螺杆近支架端支耳的距离;θ1为L1和垂直线的夹角;θ2为天线和垂直线的夹角。

由于天线俯仰角度范围为－4～4°，则可以计算得到调节螺杆的最小变化长度为22.1 mm。

5 收发单元设计

根据一体化的并行设计理念，为了满足电子元件在大坝严酷的温度环境，把电子元件的安装板直接设计散热冷板，并将散热风扇安装在支撑架上。

收发单元由功放、接收通道、频综、信号处理板、伺服驱动板、电源模块、环行器、电缆、接插件、散热冷板等组成;各电子元器件安装于散热冷板上，同时散热盖板又作为安装盖板使用。

6 热设计

由于该雷达工作在雷达罩封闭腔体，雷达罩为纸蜂窝结构，换热性能较差，内部的空气和外部环境不能进行有效地交换，热量仅仅通过上下壁面传出，传热效果较差，工作温度较高，为了满足散热要求，散热盖板后面加工有一定高度的散热翅片，并在散热翅片附近增加风扇，强化散热，并在天线罩侧壁开孔，实现腔内空气和外界的有效交换。

在环境温度55℃、考虑太阳辐射、无风扇条件下，在收发单元中，2个FPGA的温度最高达到了98.6℃，而此时腔体的温度约为72℃，如图4(a)所示，不能满足芯片的工作温度要求。当增加风扇，在天线罩上开孔后，FPGA的最高温度为80.4℃，如图4(b)所示，满足工作要求。

图4 收发单元温度分布

7 结束语

针对地基水面监视雷达红外系统的需求，提出了基于一体化的并行设计理念的结构设备的一体化设计。通过整体空间布局一体化设计，雷达空间利用合理，布局美观协调合理。系统工程样机通过了多次外场试验测试，在扇扫模式下，对某型号快艇进行探测测试结果表现良好，系统达到了设计指标要求，满足用户的使用要求。

［1］李斌，张冠杰.场面监视雷达技术发展综述［J］.火控雷达技术，2010(6):1－7.

［2］许兵.轻型战场侦察雷达的结构总体设计［J］.现代电子技术，2005(13):29－30.

［3］王鸿燕，谢薇.陆军的耳目——场面监视雷达［J］.现代军事，2004(7):41－44.

［4］谭贵红.大型机动式米波雷达结构总体设计探讨［J］.电子机械工程，2010(3):1－4.

［5］房景仕，程辉明.大角度折叠机构的系统设计［J］.雷达科学与技术，2010(10):480－485.

［6］钱海涛，刘湛，程林.新型雷达天线俯仰举升机构设计［J］.电子机械工程，2012(2):29－32.

［7］段勇军，顾吉丰，平丽浩，等.雷达天线座模态分析与试验研究［J］.机械设计与制造，2010(2):214－216.

(责任编辑杨继森)

Structure Design of a Surface M ovement Radar

WANG Lei，FANG Jing－shi，PAN Yong－qiang，ZHANG Xian－feng
(The 38th Research，Institute of CETC，Hefei230088，China)

The characteristic of the Surface Movement Radar(SMR)is analyzed，and for the demand of the surface surveillance system design，the key technology and necessary calculations of structure system design for the surfacemovement radar are discussed in the paper.The overall spatial layout design，antenna pedestal integrated design，support frame design，pitchmechanism design，transmit－receive system design aremainly discussed.It is crucial to solve these technical problems properly.The outfield test and measured data validate the detect capability of the system design.

surfacemovement radar;general structure design;antenna;infrared surveillance

:A

1006－0707(2014)07－0006－03

format:WANG Lei，FANG Jing－shi，PAN Yong－qiang，et al.Structure Design of a Surface Movement Radar［J］.Journal of Sichuan Ordnance，2014(7):6－8.

本文引用格式:王磊，房景仕，潘永强，等.某场面监视雷达结构总体设计［J］.四川兵工学报，2014(7):6－8.

10.11809/scbgxb2014.07.003

2014－03－09

王磊(1981—)，男，博士，主要从事雷达结构及传动设计研究。

TN95