无人值守雷达系统设计

孙国强

(中国电子科技集团公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230031)

随着科技的发展，雷达成为现代战争中获取实时情报信息的有效手段，已成为各国掌握战场主动权的重要手段。而雷达一般架设在岛礁、高山、荒漠等环境恶劣的区域，恶劣的自然环境导致雷达架设、使用、保障都存在相当大的困难。无人值守雷达可以在没有人员现场值守的情况下，完成对规定目标的探测任务，降低装备及人员的保障难度，许多国家都在研究和部署无人值守雷达，我国也进行了无人值守雷达研究，并针对岛礁、高原环境进行了必要的设计研究[1-3]，但在可靠性等方面还需要进一步加强。

1 无人值守雷达设计要求

1.1 功能完善

对于无人值守雷达而言，不但雷达本身具有优良的探测性能、抗干扰性能，而且能够在雷达设备发生严重故障或人为破坏等危险状况时，远端能够及时掌握现场突发状况，提醒使用人员采取措施减少损失，这就要求在雷达自身性能的基础上，具有可靠的通信、完备的遥控遥测等功能。

1.2 可靠性高

无人值守导致了雷达发生故障时，无人在现场排除故障，可能会影响雷达性能的发挥，影响其战备值班，因此必须通过简化设计、冗余设计及采用高可靠元器件等措施，提高无人值守雷达系统的可靠性，满足用户对雷达的可靠性指标要求，提高雷达的可用度。

1.3 架设难度低

雷达本身设备量大、集成度高，一般利用雷达自带设备或大型机械进行阵地架设，但在高山、高原、海岛、荒漠等环境恶劣地区，雷达本身运输已经十分困难，大型机械运输转移协助雷达架设难度更大，而且无人值守功能要求雷达具有尽可能高的可靠性，进一步增大了雷达设备量，为了保证雷达的现场架设，要求尽可能减小雷达运输架设单元模块重量，降低架设难度。

2 无人值守雷达系统设计

无人值守雷达系统设计必须从系统顶层出发，采取故障检测智能化、故障排除自动化、远程可靠通信、环境安全等综合措施，确保雷达在本地无人条件下的可靠使用。

2.1 系统设计

无人值守雷达不但要实现远程雷达控制、雷达状态监视和目标跟踪，而且要实现雷达阵地环境的监测报警和配电控制。

为了保障装备的正常运行，在雷达阵地除了布置雷达装备外，必须实现阵地现场的气象信息、视频信息、温度信息、湿度信息等辅助数据的收集，远程管控终端与雷达阵地之间通过光纤或微波通信进行信息交换；辅助数据信息同雷达回波、点迹、航迹以及状态等数据信息一起通过通信系统传输到远程管控终端，值班人员根据接收到的数据信息进行操作，雷达、安全监视设备及配电设备接收从远程管控终端发送的值班员指令并进行相应动作，最终完成雷达情报数据处理及上报。

2.2 故障检测智能化设计

故障检测智能化是利用雷达可更换单元中设计的检测模块，采集各个可更换单元的状态数据，并通过信号传输接口，将状态数据传输给故障检测处理计算机，进行系统状态的分布式在线检测处理，从而判断故障部位的雷达功能设计；如固态发射机不但会出现功率管性能下降或失效的情况，也可能会出现无外部触发信号或组件温度过高等情况影响组件的正常工作，利用组件内的故障检测模块可以监测组件输入输出信号和组件温度，及时提供发射组件的工作状态数据，预测或判断故障的发生，并对故障组件进行定位[4-5]。故障数据处理形式可分为集中处理和分布处理。如图1、图2。

图1 故障数据集中处理框图

图2 故障数据分布处理框图

故障数据集中处理和故障数据分布处理各有优缺点，集中式处理要将数据全部传输给故障检测处理计算机，进行系统状态的分布式在线检测处理，传输数据量较大，但数据保留完整；分布式处理采用多个处理模块进行故障判断，大大减小了传输数据量，但故障处理模块增加了雷达设备量，结合雷达系统设备量大、结构空间小。在雷达的状态采集处理上可以采用分布式传感器采集状态数据信息、分层集中式数据处理的方法[3]，兼备集中处理和分布处理的优点，如图3。

图3 分布采集、分层处理示意图

分布式状态数据信息采集、分层集中式数据处理的方法，既能较多地保留雷达状态数据，又能减小数据传输量，减轻数据传输和计算处理压力，而且各个故障处理模块处理数据量小，可以使用体积小、成本低的处理模块计算机完成故障检测判断功能，雷达结构空间可以得到合理利用，缓解雷达空间有限的压力。

2.3 故障排除自动化设计

故障排除自动化设计是在雷达系统某部件性能下降或发生故障时，利用雷达装备的模块化冗余设计，快速恢复雷达值班功能的设计[6]。

首先雷达设计时必须进行充分的模块化冗余设计，冗余设计一般有并联冗余、串并组合冗余、并串组合冗余等多种形式。如图4、图5所示。

图4 串并冗余示意图

图5 并串冗余示意图

并联冗余是由两个或多个功能、性能可以替代的工作模块并联组成，并联的工作模块只要有一个有效，系统就能保持正常工作，可以大幅度增加系统的任务可靠性，但并联模块的增多，导致雷达系统的成本、重量、体积也会随之增加。串并组合冗余先将多个设备串联，然后再进行并联，如果串联的某个设备发生故障，则需要用另外一个串联设备替换，设备量大；并串组合冗余先将功能、性能相同的模块并联，然后再进行设备串联，当某个模块发生故障，只需要用另外一个并联模块替换工作，不影响其他模块，但设备连接关系复杂。在无人值守雷达系统设计中一般采用串并组合冗余、并串组合冗余两者结合以增加系统的任务可靠性。

在充分冗余设计的基础上，为了实现雷达故障的快速恢复，雷达设计时还必须具备快速切换功能，即当一个设备发生故障时，其冗余设备能够通过快速切换代替故障设备工作。如某雷达冷却设备采用海水冷却和风冷却互为备份的冗余设计，当海水冷却系统处于工作时，风冷却系统处于待机状态；当系统检测海水冷却系统故障停机时，马上启动风冷却系统，以保证雷达的连续工作。

2.4 远程数据传输设计

无人值守雷达的远程数据传输不仅要传输雷达回波、状态等信息和远程值班人员的命令信息等，而且还要传输气象、安全监视等辅助数据，视频回波和监控视频图像，而且传输的信号路数多。把雷达端的多路数据进行同步压缩编码，并将多路数据复接成一组复合编码数据流通过光纤或微波进行远距离传输，在远程管控端进行分接成各路数据。同样把远程管控端的多路数据进行复接成复合编码数据流进行传输，在雷达端再分接成各路数据，以实现多路数据的可靠传输。光缆通信复分接实现原理如图6。

2.5 环境安全监测设计

无人值守雷达阵地周围环境安全监测设计是利用计算机网络技术、数据库技术、通信技术、自动控制技术、新型传感技术等对雷达设备及所在环境进行远程集中监控和管理，监控对象主要是环境视频、温度、湿度、烟雾、门禁等。环境安全监测系统组成如图7所示。

图6 光缆通信复分接实现原理图

图7 环境安全监测系统组成示意图

环境安全监测系统由采集子系统、传输子系统、软件子系统组成，采集子系统完成底层数据的采集，传输子系统将采集的数据传输到处理中心或监控中心，软件平台实现数据产生、数据存储等系统功能。系统各种告警信息与视频监控联动，以便于值班人员及时掌握现场情况和采取适当的安全措施。

2.6 结构小型化设计

小型化设计即雷达采用积木式设计，在保证性能和便于安装的前提下，将雷达设备拆解成重量较小的单元模块进行运输和吊装，到达安装现场后，利用小型吊装设备进行模块化拼装，降低架设难度。如某雷达发射单元未分解前单元重量约11 000 kg，在小型化分解后，最大单元重量约600 kg，利用简易吊装设备即可完成设备吊装，现场架设难度大大降低。

3 结论

本文分析了无人值守雷达设计要求，在此基础上，从系统设计、故障检测智能化设计、故障排除自动化设计、远程数据传输设计、环境安全监测设计等方面进行设计，减轻了操作及保障人员压力，提高了雷达环境适应能力，保证雷达能够在恶劣环境下稳定可靠地工作。在某岛礁雷达上采用无人值守设计后，在雷达前端无人值守的情况下，该雷达稳定可靠工作了两年时间，验证了无人值守设计效果，该研究对后续无人值守雷达设计具有十分重要的参考价值。

[1] 谭剑波.无人值守雷达系统的遥控遥测[J].雷达科学与技术,2003,1(2)：74-79.

[2] 高秉亚,杨志谦.一种适用于无人值守雷达的远程显示控制系统综合设计[J].空军雷达学院学报,2002,16(3)：43-46.

[3] 任雪峰，逄勃.岛礁雷达使用特点与发展思路研究[J].雷达与对抗,2014,34(2)：7-10.

[4] 王燕.一种远程相控阵雷达的自动化测试与故障诊断方法[J].电子测量技术,2010,33(1)：129-132.

[5] 金鑫，任献彬，周亮.智能故障诊断技术研究综述[J].国外电子测量技术,2009,28(7)：30-32.

[6] 华桂琴.电子对抗与雷达目标模拟器的维护[J].舰船电子对抗,2004,27(3)：39-40.