先進雷達系統穩定性與IMU

電子發燒友網報道（文/李寧遠）隨著先進雷達系統的精度和分辨率呈指數級提升，獨立陣列設計得越來越大，先進的雷達系統必須集成眾多IMU系統以確保雷達升級后對更高性能的支持。

各種地面相控陣運動系統也是如此，隨著射頻頻譜不斷增高，相控陣系統的精度越來越高，系統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穩定性。

雷達定向技術提升

從1936年至今，由于電子技術和精確定位技術的不斷發展，雷達的操作分辨率和瞄準能力已經有了極大地提升。定向技術發展到現在已經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，分辨率會相應增高。比如多普勒雷達已經可以做到出色的速度分辨率，相對的，脈沖雷達在空間分辨率上更為優異。

這些都還只是基礎的雷達，雷達技術的進步更多地體現在一些先進的應用上。比如3D氣象雷達使用NextRAD技術繪制距離和高度風暴圖、94-96GHz雷達可以在10公里處提供1厘米的分辨率以及人體掃描雷達的精準探測。這些先進雷達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的準確距離。

雷達發展挑戰

當這些雷達搭載在可移動的設備上時，大大增加了這些設備的探測性能。但同時也對雷達定向系統提出了更高的要求。移動設備的偏航、俯仰、滾動都會影響到定向系統的準確性，而且因為同時存在三個加速軸，定向系統的校準也難度倍增。同時大量電子系統也會對雷達產生干擾。

這些雷達系統的精度已經變得非常高，非常精準，而且波束變得非常細微，此時需要非常精準的定向行進、方向、姿態加速度和移動等各方向的數據信息。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據信息。也就是說，從各個子陣列到整個陣列，都需要非常準確的定向性能來實現電子增益。

高端民用雷達現在已經往多功能、多波束、多模式系統發展，機械雷達實現單一功能的方案已經跟不上發展的腳步。直接采樣和數字波束成型的雷達將更有優勢。而且這些雷達系統都需要極快的反應速度，依賴遠程或系統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雷達的穩定性很大程度上取決于IMU系統能提供準確、及時的輸入。

IMU輔助雷達系統提升穩定性

IMU可以集成進各種雷達的子系統中以提供穩定性反饋以支持定向應用，比如天線系統。使用IMU對天線進行傾斜檢測，幫助實現小幅度的機械調整。在這種檢測中，誤差可能來自頻譜密度、RMS、速度隨機游走、偏移重復性、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。

對于大型的雷達相控陣這種場景，整個陣列中的薄板會出現高度彎曲使得整個系統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，又反過來可用于調節平臺的位置。

不管是動態環境還是靜態環境，IMU的應用都能大幅提升雷達系統的穩定性。

小結

雷達定向技術的提升大幅提升了探測精度，運動解析技術的提升也將目標速度變化解析得更為精準，而這些高性能能否發揮出來的關鍵在于IMU能否提供及時準確的運動數據。先進雷達系統開始集成眾多IMU生態系統，IMU已成為雷達穩定運行的關鍵傳感設備。