基于DBF的精密角跟蹤.pdf

1、雷達是綜合了現(xiàn)代電子科學各種先進技術(shù)的高科技系統(tǒng)，在軍事上有著重要作用，是軍事偵察和預警的一種主要工具。單脈沖雷達是一種精密跟蹤雷達，精密跟蹤和測控目標。它每發(fā)射一個脈沖，天線能同時形成若干個波束，將各波束回波信號的振幅和相位進行比較，就可發(fā)現(xiàn)目標的位置。當目標位于天線軸線上時，各波束回波信號的振幅和相位相等，信號差為零 。當目標不在天線軸線上時，各波束回波信號的振幅和相位不等，產(chǎn)生信號差，驅(qū)動天線轉(zhuǎn)向目標直至天線軸線對準目標，于是便可

2、測出目標的高低角和方位角。從各波束接收的信號之和，可測出目標的距離，這樣就實現(xiàn)了對目標的測量和跟蹤。單脈沖雷達通常有振幅比較單脈沖雷達和相位比較單脈沖雷達兩大類。 單脈沖雷達可根據(jù)從單個脈沖回波中所提取的信息來確定被檢測到的信號源的角位置，因此使得許多用于干擾波束順序掃描雷達的雷達對抗技術(shù)幾乎完全失效。由于單脈沖雷達有很高的測角精度、分辨率和對抗電子干擾的能力，它仍是軍用跟蹤雷達廣泛使用的一項技術(shù)。但它有設(shè)備比較復雜，無法對多目

3、標進行精密跟蹤等缺點。 從性能的觀點來看，雷達采用相控陣或電子掃描天線ESA是最適合的。ESA可實現(xiàn)很高的增益，波束能進行掃描，從而有很大的覆蓋區(qū)域。ESA解決了可靠性的瓶頸問題：由于信號的發(fā)射和接收是由成百上千個獨立的收/發(fā)和輻射單元組成，因此少數(shù)單元失效對系統(tǒng)性能影響不大。ESA解決了同時多功能的難題，即相控陣能在同一時間內(nèi)完成一個以上的雷達功能。它可以用一部分T/R模塊完成一種功能，用另外的T/R模塊完成其它功能；也可用時

4、間分隔的方法交替用同一陣面完成多種功能。如雷達在進行地圖測繪(SAR/GMTI)、地物回避、地形跟隨、威脅回避的同時，還可實現(xiàn)對空中目標的搜索和跟蹤，并對其進行攻擊。 雷達作用距離大幅度增長：特別是AESA雷達，其T/R模塊中的射頻功率放大器(HPA)同天線輻射器緊密相連，而接收信號幾乎直接耦合到各T/R模塊內(nèi)的射頻低噪聲放大器(LNA)，這就有效地避免了干擾和噪聲疊加到有用信號上去，使得加到處理器的信號信噪比很高，因此，AES

5、A雷達微波能量的饋電損耗較傳統(tǒng)機械掃描雷達大為減少。 不像機械掃描天線，相控陣的空間位置是固定的，波束的電子掃描是通過陣元間引入相移或延時實現(xiàn)的。采用相移的方法，波束掃描的速度非?？?，不會像機械掃描陣那樣受機械馬達的限制。 數(shù)字波束形成DBF是相控陣方向圖控制的最先進的方法, 是一項迅速發(fā)展的技術(shù)。數(shù)字波束形成與模擬波束形成相比有許多優(yōu)點，例如，多個同時接收波束，不同輸出波束的動態(tài)重構(gòu)，動態(tài)零陷控制，通過數(shù)字校準可產(chǎn)生非

6、常低的旁瓣。當在子陣層次實現(xiàn)DBF時，DBF能夠使陣列的最大自由度得到充分利用。跟傳統(tǒng)的模擬陣列控制技術(shù)相比，在多個獨立波束的同時形成，自適應(yīng)零陷，空時自適應(yīng)處理，方向定位中，DBF可使其性能得到顯著提高。由于DBF的適應(yīng)性，DBF可廣泛應(yīng)用在相控陣中。 數(shù)字波束形成（DBF）是以數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)波束形成的技術(shù)。在所有通道信號求和之前，波束形成處理器將數(shù)字形式的幅度和相位權(quán)值加到每一個輸入信號中。它保留了天線陣列單元的全部信息，并可

7、以構(gòu)成空間受控的一個或多個定向波束，從而獲得優(yōu)良的波束性能。例如，可自適應(yīng)地形成波束以實現(xiàn)空域抗干擾,可進行非線性處理，以改善角分辨率。此外，數(shù)字波束形成還可以同時形成多個獨立可控的波束而不損失信噪比；波束特性由數(shù)字權(quán)矢量控制，因而靈活可變。 適用于DBF陣列應(yīng)用的數(shù)字接收機（Rx）技術(shù)是一個新興的研究和開發(fā)方向，數(shù)字Rx將會顯著地影響DBF相控陣的結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢，加速DBF的實現(xiàn)。數(shù)字Rx應(yīng)實現(xiàn)許多當代一流通信系統(tǒng)所具有的特性。

8、當前，數(shù)字雷達接收機包括以下特性（但不只這些）：用于RF到IF、RF到基帶解調(diào)的RF接收機前端，防止RF前端被強干擾信號阻塞的自動增益控制（AGC），用于帶通采樣或基帶采樣的ADC，將采樣信號分解為同相和正交分量的FIR濾波器。 DBF技術(shù)需要上述的數(shù)字Rx能力，還應(yīng)加上基本的數(shù)字控制和相控天線陣優(yōu)化能力。這些功能包括：實現(xiàn)數(shù)字Rx信道均衡的FIR數(shù)字濾波，以便進行寬帶陣列通道之間的校準；數(shù)字子帶方案，例如多速率數(shù)字濾波或分數(shù)數(shù)

9、字采樣時延的實現(xiàn)，以便實現(xiàn)寬帶波束形成和自適應(yīng)零陷；雷達處理所需的脈沖壓縮和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。高度可編程性，便于實現(xiàn)波束形成、通道濾波的高級算法，模塊化自評估能力，可現(xiàn)場監(jiān)視DBF Rx陣列信道的性能。 本文探討了將相控陣的優(yōu)點和單脈沖雷達的優(yōu)點綜合的問題。全文由主要內(nèi)容的六章組成。第一章介紹了雷達的基本概念和基本組成，闡明了開展本文研究的國防和民用意義、主要研究內(nèi)容和論文創(chuàng)新點。第二章中詳細介紹天線陣列的結(jié)構(gòu)和性能指標，特別是系統(tǒng)

10、討論了線陣和圓陣的方向圖的性質(zhì)，為后面的介紹DBF波束形成和相控陣做必要的鋪墊。第三章介紹目前跟蹤系統(tǒng)中廣泛使用的單脈沖雷達技術(shù)，介紹了比幅單脈沖和比相單脈沖的原理和系統(tǒng)框圖，介紹了跟蹤系統(tǒng)的技術(shù)指標。介紹了波束形成的基本原理。第四章由于單脈沖跟蹤技術(shù)在跟蹤多目標和目標高度較低時會出現(xiàn)較大誤差，以及跟蹤精度很高，搜索速度慢，提出了相應(yīng)的改進措施，并對方法的優(yōu)缺點進行了分析和總結(jié)。第五章重點介紹了單脈沖數(shù)字陣列雷達中的關(guān)鍵技術(shù)和部件，及其