[發明專利]擴/跳頻信號體制陣列天線自適應波束形成系統

在審

• 申請號: 201710051914.4
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN107666333A
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 劉明凱;蔣宇志;張旭;吳述敏;陳文兵
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所（中國電子科技集團公司第十研究所）
• 主分類號: H04B1/713
• 分類號: H04B1/713;H04B1/7136;H04B1/715;H04B1/719;H04B1/707
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心51121
• 代理人: 郭純武

技術領域

本發明涉及一種應用于靶場測控系統中的擴/跳頻信號體制陣列天線自適應波束形成系統。

背景技術

直接序列擴頻技術(Direct Sequence Spread Spectrum-DSSS；簡稱直擴-DS)和頻率跳變擴頻技術(Frequency Hopping Spread Spectrum-FHSS；簡稱跳頻-FH)則分別是在這兩個領域應用最多的擴頻方式。由于偽碼直接序列擴頻體制頻譜密度低，具有較好的抗干擾、抗截獲性能，在工程中應用也越來越普遍，在國外研究比較熱門的還有超寬帶擴頻技術，其特點有隱蔽性好、穿透能力強、擴頻增益高、抗多徑、傳輸率極高、系統容量大、便于組網、定位精度高等，易將定位與通信合一，常規無線電難做到這點。但隨著低截獲概率信號檢測技術的不斷發展，尤其是周期平穩隨機過程數學模型及譜相關理論的提出，偽碼直接序列擴頻測控系統面臨越來越嚴重的威脅。采用性能更強的擴頻碼以及混合擴頻體制已經成為抗干擾測控系統的發展趨勢。相比單一直擴體制，混合擴頻可以把各種擴頻方式的優點結合起來，提供更強的抗干擾性能。考慮到相控陣測控系統中信號體制、任務類型與雷達、通信系統的不同，使其對多目標測控中陣列天線提出新的要求，主要表現在以下幾個方面：第一，陣列規模較大。隨著衛星數目的增多，在同一地面站作用范圍內會出現多個衛星，且與測控站的距離較遠。為了提高探測距離和空間分辨力，通常采用增加天線陣元的方法，以獲得多星測控所需的天線增益、主瓣寬度等指標。這就需要考慮大型陣列天線對波束形成算法的復雜度與實時性的影響。第二，同時形成多個波束。當空間存在多個目標，需要多個波束控制模塊完成對各個目標的跟蹤與通信。對于每個跟蹤模塊而言，除了它所跟蹤的目標，其它目標都屬于干擾。對于空間角相距較遠的兩個目標，干擾出現在旁瓣區域，常規的自適應單脈沖，能夠很好的抑制將其抑制掉。當兩個目標距離較近，甚至出現在同一主瓣內，常規自適應單脈沖方法將導致單脈沖比曲線畸變，進而影響多目標跟蹤性能。對空間動目標的測控，隨著目標的移動，要求陣列天線波束能夠滿足指向精度、增益、主瓣寬度等要求。。目前，世界各國都在積極發展適用于測控的抗干擾測控信號體制，擴/跳頻(DS/FH)混合擴頻信號體制是公認的較為理想的抗干擾測控體制。因此，相控陣測控系統不僅要滿足目前常規測控體制的要求，還應兼容DS/FH測控的信號形式。對于統一載波和統一擴頻測控體制，信號頻帶較窄，可采用常規的DBF方法。而DS/FH測控信號在直擴的基礎上增加了載波的跳變，使信號工作頻帶很寬，采用傳統的窄帶波束形成方法將導致不同頻率成分信號方向圖指向的偏離以及波束寬度的畸變，因此，需要研究適用于擴/跳頻信號的DBF方法。

直擴-跳頻(DS-FH)組合擴頻體制是混合擴頻的代表，DS-FH混合擴頻的優點主要有：(1)具有較強的抗干擾能力，實現簡單；(2)具有更好的抗偵收能力；(3)具有抗遠近效應的能力；(4)具有抗多徑干擾的能力；(5)具有較強的抗中繼轉發式干擾的能力；(6) 適合于多網/組網通信；(7)混合體制更適合于遙測遙控系統的應用。但與此同時，在同步階段尤其是捕獲階段，需要對直擴偽碼與跳頻偽碼相位進行雙向搜索，增加了跳頻接收機的難度。在將DS-FH混合擴頻體制用于測控時也面臨了一些問題：(1)通信中混合擴頻采用的直擴偽碼碼長較短，而在測控領域直擴偽碼在完成信號頻譜擴展的同時還兼有測距功能； (2)測控系統中通信的對象是高速飛行的航天器，具有較大的多普勒頻率和多普勒變化率以及相當微弱的信號電平，這也進一步增加了信號捕獲難度。擴/跳頻測控信號在直擴的基礎上增加了頻率的跳變，使得信號頻帶很寬，常規數字波束形成方法已無法滿足擴/跳頻測控系統對天線方向圖的要求。對于擴/跳頻信號，各陣元輸出的相位差不僅與信號來波方向有關，還依賴于當前接收信號頻率，而此頻率在擴/跳頻信號帶寬內是變化的。常規波束形成算法是無法判斷陣元上的相移是由信號頻率的變化引起的，還是由到達角度的變化引起的。換句話說，算法有可能將跳頻信號頻率的變化引起的相移，看成是跳頻信號到達角度的變化引起的。對于擴/跳頻信號，如果仍采用傳統的窄帶波束形成方法將導致不同頻率成分信號方向圖指向偏離以及波束寬度畸變，并且這種畸變會隨著天線掃描角的增加越來越嚴重。