[發明專利]提高數字單脈沖系統跟蹤精度的方法

無效

• 申請號: 200710092604.3
• 申請日: 2007-08-24
• 公開（公告）號: CN101109810A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 雷劍梅;陳旻;韓先花;鄧曉琴;陳世勇;曹海林;韓慶文
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01S7/28
• 分類號: G01S7/28;G01S7/285;G01S13/44
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 張先蕓

技術領域

本發明涉及提高數字單脈沖系統跟蹤精度的方法，具體涉及一種提高數字單脈沖系統跟蹤精度的單元波束夾角調整法，屬于通訊技術領域。

背景技術

單脈沖技術是在圓錐掃描和波束轉換基礎上發展起來的一種精密角跟蹤技術，它能同時提供對角誤差敏感所需的所有波束，在單個脈沖上同時比較各波束的輸出，從而消除回波幅度隨時間變化對測角和跟蹤的影響。傳統單脈沖技術一般分為比幅、比相和與差單脈沖，其中，和差單脈沖由于對通道的平衡性要求比較寬松，因而得到了最廣泛的應用。

傳統單脈沖雷達中，單元波束與和差波束的指向在天線設計定型之后就固定了，最多通過加裝天線轉臺，以轉臺的轉動帶動天線波束轉動，但天線的剛性部分不易改變，因而即便單元波束與和差波束的指向可以隨轉臺轉動而變化，但各單元波束與和差波束之間的相對關系卻無法改變。這類雷達一般在設計之初就有一定的精度指標要求，設計完成之后再想人為提高跟蹤精度就非常困難。

數字單脈沖是近年發展起來的一種新技術，它在傳統單脈沖技術的原理上，利用陣列天線和數字波束形成技術，通過對數字化的陣列信號進行加權同時得到多個數字波束，并在數字域求解單脈沖比，進而求解目標角度或角誤差。數字單脈沖跟蹤系統的結構如圖1所示，根據雷達為有源單脈沖雷達或無源單脈沖雷達，整個系統可分為發射與接收兩大部分。

發射部分工作原理如下：發射波束形成器根據輸入的發射子陣權系數調整準備送往天線陣的陣列信號；對調整后的發射陣列信號進行上變頻，然后經功率放大器放大，分別送至每個需要使用的發射子陣陣元；所有發射子陣陣元將信號發射到空中，信號在空中疊加后形成一個較胖的發射波束，照亮目標。

接收部分工作原理如下：首先，天線陣(陣元1到陣元N)接收空間信號，經過低噪聲放大器和本振混頻之后變換到中頻；中頻信號經過中頻放大器之后，進行數字下變頻，成為基帶陣列信號；基帶信號送入數字信號處理器，首先進行波達方向估計，計算目標的波達方向(Direction?of?Arrival，DOA)，并將該DOA作為單脈沖瞄準線的初始指向，輸入單脈沖和差波束形成器；在和差波束形成器中，根據DOA給出的瞄準線初始指向，計算相應的陣列權系數，與相應的陣列輸入信號相乘后疊加，得到差波束與和波束(二維跟蹤系統中得到的是兩組差波束，一組方位差，一組俯仰差；一維跟蹤一般情況下只得到方位差波束)；和差波束再送入角誤差計算器得到相應的角誤差；角誤差反饋回和差波束形成器，調整單脈沖瞄準線(同時也就調整了和差波束的指向)，使和波束瞄準目標方向。

在雷達設計上，對單脈沖雷達跟蹤精度影響較大的是天線波束的寬度，波束越窄，相同條件下能夠達到的跟蹤精度就越高。而在環境因素上，接收信號的信噪比也對跟蹤精度有非常重要的影響。實際應用中，包括天氣因素、外來干擾等多種原因都可能導致雷達接收信號的信噪比下降，此時，若不采取措施，則系統跟蹤精度必然會隨之下降。當接收信號信噪比嚴重惡化時，雷達的跟蹤會受到非常大的影響，甚至可能無法正常實現跟蹤。

傳統和差比幅單脈沖雷達一般通過合理設計天線饋源與反射面得到較窄的波束，以滿足雷達設計對跟蹤精度的要求。對于由環境因素導致的接收信號信噪比下降，從而跟蹤精度下降，沒有較有效的改善方法。新型數字單脈沖雷達采用陣列天線，利用數字波束形成技術得到單脈沖波束，其波束寬度與陣列孔徑有關。因而此類單脈沖雷達一般是通過合理設計陣列陣型與合理選擇陣列孔徑來滿足雷達設計對跟蹤精度的要求。由于數字單脈沖是一種新技術，其系統結構也只是近兩年才提出，因而除了在天線陣設計上想辦法外，未見有關此類系統上改善精度的其他方法的研究與報道。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種通過動態調整單元波束夾角，在無需對現有數字單脈沖系統做任何硬件設計改動的條件下，提高數字單脈沖系統跟蹤精度的單元波束夾角調整法。

本發明的目的是這樣實現的：提高數字單脈沖系統跟蹤精度的方法，在一個數字單脈沖系統中，當由于各種原因導致來波信號信噪比下降時，通過調整數字波束形成器中基帶陣列信號的加權系數，改變數字單脈沖單元波束的指向，增大單元波束之間的夾角，將由來波信號信噪比下降導致的跟蹤精度下降減少到最小，甚至保持跟蹤精度不變。

具體包括如下步驟，參看圖4：

1、天線陣接收到的信號經采集成為基帶數字信號后，首先送入波達方向(DOA)估計器，計算得到一個初始波達方向值θ₀。