一種根據(jù)目標(biāo)距離自適應(yīng)選擇發(fā)射陣元的陣列雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種根據(jù)目標(biāo)距離自適應(yīng)選擇 發(fā)射陣元的陣列雷達(dá)系統(tǒng)，適用于實(shí)際工程應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 陣列信號(hào)處理是信號(hào)處理領(lǐng)域的重要分支，它將多個(gè)傳感器設(shè)置在空間的不同位 置組成傳感器陣列，并利用這一陣列對(duì)空間信號(hào)場(chǎng)進(jìn)行接收（多點(diǎn)并行采樣）和處理。陣 列信號(hào)處理與一般的信號(hào)處理方式不同，陣列是按一定方式布置在空間不同位置上的傳感 器組，主要利用信號(hào)空域特征來(lái)增強(qiáng)信號(hào)，并有效提取信號(hào)空域信息，因此陣列信號(hào)處理也 稱為空域信號(hào)處理。
[0003] -直以來(lái)，對(duì)于陣列雷達(dá)，發(fā)射陣元（發(fā)射天線）的位置和數(shù)量對(duì)其性能的影響是 巨大的。陣列信號(hào)處理相當(dāng)于空域?yàn)V波，類比于時(shí)域?yàn)V波，發(fā)射陣元類比于時(shí)域中的采樣 點(diǎn)?？沼虿蓸狱c(diǎn)的選擇直接影響了陣列雷達(dá)的濾波及采樣特性，所以發(fā)射陣元的選擇對(duì)于 提尚雷達(dá)性能具有重要意義。
[0004] 工程上發(fā)射陣元選擇時(shí)常用的是固定陣元的方法。該方法中，陣列雷達(dá)使用固定 陣元發(fā)射射頻信號(hào)，其波束寬度只與發(fā)射陣元間距以及發(fā)射波長(zhǎng)有關(guān)，且發(fā)射陣元的數(shù)量 是固定的。對(duì)于這種具有固定發(fā)射陣元的雷達(dá)，每次發(fā)射射頻信號(hào)都是集中雷達(dá)全部能量 探測(cè)，即用全部陣元進(jìn)行探測(cè)，波束較窄，波束指向性準(zhǔn)確，在探測(cè)遠(yuǎn)程目標(biāo)時(shí)是必要的。但 是在搜索中近程目標(biāo)時(shí)，相比較于波束指向性準(zhǔn)確，對(duì)目標(biāo)的搜索時(shí)間更為重要，雷達(dá)需要 盡快完成一個(gè)仰角區(qū)的搜索以發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)目標(biāo)；在跟蹤中近程目標(biāo)時(shí)，如果波束較窄，則很難 使目標(biāo)落在主波束內(nèi)。所以對(duì)于固定陣元的方法，其波束較窄，搜索一個(gè)仰角區(qū)所需時(shí)間較 長(zhǎng)，難以使目標(biāo)落在主波束內(nèi)，不利于對(duì)中近程目標(biāo)進(jìn)行搜索或跟蹤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種根據(jù)目標(biāo)距離自適應(yīng)選擇發(fā)射陣元的陣列雷達(dá)系統(tǒng)， 以提高陣列雷達(dá)對(duì)中近程目標(biāo)的的跟蹤能力。
[0006] 本發(fā)明的根據(jù)目標(biāo)距離自適應(yīng)選擇發(fā)射陣元的陣列雷達(dá)系統(tǒng)，基于自適應(yīng)選擇陣 元法來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于遠(yuǎn)程目標(biāo)主要集中于低空，中近程目標(biāo)主要集中于中高空，為提高雷達(dá)的 搜索和跟蹤能力，自適應(yīng)選擇陣元法對(duì)遠(yuǎn)程低空目標(biāo)集中雷達(dá)全部能量進(jìn)行探測(cè)；對(duì)中近 程中高空目標(biāo)使用賦形碼控制發(fā)射陣元的數(shù)量來(lái)進(jìn)行探測(cè)。該方法使雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的靈活 性大大提高，在搜索跟蹤中近程目標(biāo)時(shí)，節(jié)省了能量；而且該方法使波束變寬，探測(cè)一個(gè)仰 角區(qū)的時(shí)間大大減少，在跟蹤中近程目標(biāo)時(shí)，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率也變大。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下具體技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0008] -種根據(jù)目標(biāo)距離自適應(yīng)選擇發(fā)射陣元的陣列雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，包括天線 反饋分系統(tǒng)，與天線反饋分系統(tǒng)的接收輸入端依次連接的接收機(jī)、信號(hào)處理分系統(tǒng)、終端分 系統(tǒng)、監(jiān)控分系統(tǒng)、時(shí)序控制器以及發(fā)射機(jī)，所述發(fā)射機(jī)的發(fā)射端電連接所述天線反饋分系 統(tǒng)的發(fā)射輸入端。
[0009] (1)終端分系統(tǒng)，建立重點(diǎn)目標(biāo)隊(duì)列管理功能，在低空域搜索或中高空域跟蹤時(shí)， 將威脅最大的目標(biāo)在其顯示終端上設(shè)置為重點(diǎn)目標(biāo)，將接收到的信號(hào)處理分系統(tǒng)的重點(diǎn)目 標(biāo)距離發(fā)送至監(jiān)控分系統(tǒng)；
[0010] (2)監(jiān)控分系統(tǒng)，根據(jù)重點(diǎn)目標(biāo)距離，自適應(yīng)地選擇不同的賦形碼；并將時(shí)序碼和 波形碼發(fā)送至?xí)r序控制器；監(jiān)控分系統(tǒng)根據(jù)重點(diǎn)目標(biāo)距離劃定重點(diǎn)目標(biāo)相鄰區(qū)域；
[0011] (3)時(shí)序控制器，根據(jù)接收到的時(shí)序碼、波形碼產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)發(fā)射脈寬和脈沖重頻 的發(fā)射信號(hào)，然后將發(fā)射信號(hào)發(fā)送至發(fā)射機(jī)；
[0012] (4)發(fā)射機(jī)，將發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)大功率放大器放、濾波，產(chǎn)生發(fā)射射頻信號(hào)；根據(jù)各 個(gè)陣元間的位置選定各個(gè)陣元的相位偏移，即移相碼；然后將發(fā)射射頻信號(hào)和移相碼發(fā)送 至天線反饋分系統(tǒng)；
[0013] (5)天線反饋分系統(tǒng)，根據(jù)賦形碼和移相碼選擇發(fā)射陣元的數(shù)量和位置，然后，設(shè) 定各個(gè)發(fā)射陣元發(fā)射具有相同發(fā)射脈寬和脈沖重頻的發(fā)射射頻信號(hào)，則天線反饋分系統(tǒng)發(fā) 射了一個(gè)發(fā)射射頻信號(hào)序列，在遇到目標(biāo)或雜波時(shí)，天線反饋分系統(tǒng)接收射頻反射信號(hào)序 列，并發(fā)送射頻反射信號(hào)序列至接收機(jī)；
[0014] (6)接收機(jī)，將射頻反射信號(hào)序列混頻、濾波，得到中頻信號(hào)序列；接著，將該中頻 信號(hào)序列進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D)，獲得中頻離散信號(hào)序列；然后，使用數(shù)字正交相位檢波器 對(duì)中頻離散信號(hào)序列進(jìn)行數(shù)字正交變換，經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除高頻分量，得到基帶正交雙 路信號(hào)序列；最后，將基帶正交雙路信號(hào)序列發(fā)送至信號(hào)處理分系統(tǒng)；
[0015] (7)信號(hào)處理分系統(tǒng)，將基帶正交雙路信號(hào)序列進(jìn)行波束合成和脈沖壓縮，得到合 成基帶正交雙路信號(hào)；然后，根據(jù)參差碼提取動(dòng)目標(biāo)顯示/自適應(yīng)動(dòng)目標(biāo)顯示濾波器（MTI/ AMTI)系數(shù)，對(duì)合成基帶正交雙路信號(hào)進(jìn)行濾波，提高目標(biāo)信雜比；只在重點(diǎn)目標(biāo)相鄰區(qū)域 內(nèi)，根據(jù)合成基帶正交雙路信號(hào)，識(shí)別出重點(diǎn)目標(biāo)；將重點(diǎn)目標(biāo)距離、高度以及方位偏差信 息反饋至終端分系統(tǒng)。
[0016] 本發(fā)明的有益效果為：
[0017] 1)本發(fā)明對(duì)陣列雷達(dá)的發(fā)射陣元實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)控制，使雷達(dá)發(fā)射控制變得靈活， 在跟蹤中近程目標(biāo)時(shí)，節(jié)省了能量。
[0018] 2)本發(fā)明在探測(cè)中近程目標(biāo)時(shí)更具有優(yōu)勢(shì)。探測(cè)中近程目標(biāo)時(shí)，本發(fā)明使用較少 的陣元發(fā)射脈沖，使波束變寬，探測(cè)范圍變大，天線在每掃描周期都能接收到足夠多的目標(biāo) 回波脈沖數(shù)，從而提高了發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 下面結(jié)合【附圖說(shuō)明】和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0020] 圖1為本發(fā)明的根據(jù)目標(biāo)距離自適應(yīng)選擇發(fā)射陣元的陣列雷達(dá)系統(tǒng)的流程圖；
[0021] 圖2為實(shí)驗(yàn)中使用第9~16行發(fā)射陣元時(shí)的天線方向圖；
[0022] 圖3為實(shí)驗(yàn)中使用第1~24行發(fā)射陣元時(shí)的天線方向圖；
[0023] 圖4為本發(fā)明系統(tǒng)對(duì)民航的跟蹤顯示終端圖；
[0024] 圖5為本發(fā)明系統(tǒng)對(duì)軍用直升機(jī)的跟蹤顯示終端圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明的一種根據(jù)目標(biāo)距離自適應(yīng)選擇發(fā)射陣元的陣列雷達(dá)系統(tǒng)，包括 天線反饋分系統(tǒng)，與天線反饋分系統(tǒng)的接收輸入端依次連接的接收機(jī)、信號(hào)處理分系統(tǒng)、終 端分系統(tǒng)、監(jiān)控分系統(tǒng)、時(shí)序控制器以及發(fā)射機(jī)，所述發(fā)射機(jī)的發(fā)射端電連接所述天線反饋 分系統(tǒng)的發(fā)射輸入端。
[0026] (1)終端分系統(tǒng)，建立重點(diǎn)目標(biāo)隊(duì)列管理功能，在低空域搜索或中高空域跟蹤時(shí)， 將威脅最大的目標(biāo)在其顯示終端上設(shè)置為重點(diǎn)目標(biāo)，將接收到的信號(hào)處理分系統(tǒng)的重點(diǎn)目 標(biāo)距離發(fā)送至監(jiān)控分系統(tǒng)。
[0027] (2)監(jiān)控分系統(tǒng)，根據(jù)重點(diǎn)目標(biāo)距離，自適應(yīng)地選擇不同的賦形碼；并將時(shí)序碼和 波形碼發(fā)送至?xí)r序控制器；監(jiān)控分系統(tǒng)根據(jù)重點(diǎn)目標(biāo)距離劃定重點(diǎn)目標(biāo)相鄰區(qū)域。
[0028] 具體地，監(jiān)控分系統(tǒng)根據(jù)重點(diǎn)目標(biāo)距離將探測(cè)空域分為小仰角區(qū)、中仰角區(qū)以及 大仰角區(qū)；每個(gè)仰角區(qū)對(duì)應(yīng)一種賦形碼，不同的賦性碼具有不同的發(fā)射陣元（發(fā)射天線）的 數(shù)量和位置；重點(diǎn)目標(biāo)位于小仰角區(qū)時(shí)選擇賦形碼〇對(duì)其進(jìn)行探測(cè)；重點(diǎn)目標(biāo)位于中仰角 區(qū)時(shí)選擇賦形碼1對(duì)其進(jìn)行探測(cè)；重點(diǎn)目標(biāo)位于大仰角區(qū)時(shí)選擇賦形碼2對(duì)其進(jìn)行探測(cè)。
[0029] 其中，賦形碼選擇發(fā)射陣元的規(guī)則為：遠(yuǎn)、中、近程的重點(diǎn)目標(biāo)的仰角范圍依次變 大，探測(cè)用波束依次由窄變寬，探測(cè)時(shí)需要的陣元數(shù)依次由多變少。
[0030] 下表1為本發(fā)明實(shí)例中不同賦形碼對(duì)應(yīng)的發(fā)射陣元和仰角探測(cè)范圍表。在本發(fā)明 實(shí)例中，設(shè)定小仰角區(qū)為0°~6° ;中仰角區(qū)為6°~22° ;大仰角區(qū)為22°~55°。本 發(fā)明實(shí)例中發(fā)射天線總共有24行。賦形碼0使用可探測(cè)小仰角區(qū)的全部發(fā)射陣元，即第 1-24行發(fā)射天線；賦形碼1使用可探測(cè)中仰角區(qū)的部分發(fā)射陣元，即第8-17行發(fā)射天線； 賦形碼2使用可探測(cè)大仰角區(qū)的部分發(fā)射陣元，即第9-16行發(fā)射天線。
[0031] 表1為本發(fā)明實(shí)例中不同賦形碼對(duì)應(yīng)的發(fā)射陣元和仰角探測(cè)范圍表
[0032]
[0033] 其中，賦性碼0選擇發(fā)射陣元的過(guò)程為：在本發(fā)明實(shí)例中，一個(gè)仰角區(qū)被分為6個(gè) 波位，第1波位為最低波位，第6波位為最高波位。重點(diǎn)目標(biāo)在第1波位和第2波位內(nèi)時(shí)， 第1波位和第2波位的發(fā)射波束的角度分別為2. 5度和5度，這時(shí)使用第1-24行發(fā)射天線 進(jìn)行探測(cè)；根據(jù)第1-24行發(fā)射天線所形成的的波束寬度（該波束較窄）可知，第1波位可 探測(cè)的目標(biāo)的仰角范圍為2~3度，第2波位可探測(cè)的目標(biāo)的仰角范圍為4~6度。
[0034] 其中，賦性碼1選擇發(fā)射陣元的過(guò)程為：重點(diǎn)目標(biāo)在第3波位和第4波位內(nèi)時(shí)，第 3波位和第4波位的發(fā)射波束的角度分別為9度和18度，這時(shí)使用第8-17行發(fā)射天線進(jìn)行 探測(cè)；