[發(fā)明專利]四通道毫米波數字和差單脈沖精密跟蹤系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010081700.3
• 申請日: 2020-02-06
• 公開（公告）號: CN111273278A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設計）人: 吳杰;胡振平;李龍;萬軍;王宗全
• 申請（專利權）人: 零八一電子集團有限公司
• 主分類號: G01S13/72
• 分類號: G01S13/72
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提出的一種四通道毫米波數字和差單脈沖精密跟蹤系統(tǒng)，旨在提供一種抗干擾、能夠快速截獲、精密跟蹤的單脈沖跟蹤系統(tǒng)。本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)：四路超外差線性接收機得到中頻回波信號，經信號處理模塊完成中頻數字和差，形成實現(xiàn)目標檢測、截獲、距離閉環(huán)跟蹤的三通道單脈沖和差的和、方位差、俯仰差支路，并將獲得的目標的距離、角誤差、速度信息送入數字穩(wěn)定跟蹤伺服系統(tǒng)和數據處理模塊；數字穩(wěn)定跟蹤伺服系統(tǒng)利用目標距離、角誤差信息實現(xiàn)對目標的角度閉環(huán)跟蹤，實時獲取目標角度信息并送至數據處理模塊和信號處理模塊；數據處理模塊對收到的目標距離、實時角度、角誤差、速度信息進行融合、濾波處理，獲取目標的實時高精度參數。

技術領域

本發(fā)明涉及一種四通道毫米波數字和差單脈沖精密跟蹤系統(tǒng)。

背景技術

隨著種類繁多的飛機類、導彈類與精確制導炸彈類目標的出現(xiàn)，中等精度的跟蹤雷達逐漸滿足不了武器系統(tǒng)的跟蹤測量要求，因而催生了20世紀50年代誕生的精密跟蹤雷達。典型的精密跟蹤測量雷達都采用單脈沖技術，單脈沖雷達能同時提供對角誤差敏感所需的所有波束，在單個雷達脈沖上同時比較各波束的輸出，從而消除了在掃描和波束轉換技術中不可避免的回波幅度隨時間變化造成的影響。單脈沖是一種雷達測角技術，也叫做同時多波束技術，最早是為了克服波束轉換技術在雷達跟蹤應用中跟蹤精度不高而提出的。如今，單脈沖跟蹤測量雷達已經被廣泛應用于各類靶場試驗、空間目標探測領域。單脈沖技術利用同時形成關于軸線對稱的兩個單元波束，這兩個波束同時接收目標的回波信號，通過比較接收到的回波信號產生誤差信號得到角誤差信息，避免了不同時刻雷達回波信號強度波動造成的誤差，從而提高了測量精度。傳統(tǒng)的單脈沖技術可分為幅度比較單脈沖、相位比較單脈沖與和差比較單脈沖。其中，幅度比較單脈沖是通過設計單脈沖饋源得到相對視軸對稱的兩個單元波束，依靠兩個波束的直接幅度比值確定目標角度的一種技術，這兩個波束的最大方向相偏離視軸，且相對視軸對稱。當目標信號(incoming wave)位于天線軸線上時，由于兩單元波束(Beam)關于軸線對稱，所以它們接收到的信號幅度是相同的。而當目標信號偏離天線軸線時，由于兩單元波束的相位中心重合，因而兩單元波束接收信號的相位相同。由于目標信號到達兩單元波束時經過的路程相同，但它到達兩波束時的位置不同，因而兩波束接收到的幅度就不同，從而導致接收信號的幅度有差異。其中這兩個單元波束是通過一個已知的波束左偏和右偏得到的，是可以預知的。“單脈沖”意味著可以基于單個脈沖而不是波束序列或完整的圓錐形掃描來確定，因而跟蹤速率更高更準確。另一個優(yōu)點是基于同時接收所有四個通道中的目標回波，可以忽略回波在時間上的變化。單脈沖的跟蹤使用兩到四個同時的波束，其中波束以俯仰角和并排的方式堆疊在一起。單脈沖跟蹤技術可以使用相位或振幅比較來實現(xiàn)跟蹤任務。因此單脈沖是大多數現(xiàn)代雷達的首選跟蹤方法，不僅因為它非常準確，而且它很難被欺騙。雖然通過單脈沖跟蹤是非常精確的，但有且只有一個目標被跟蹤時才能實現(xiàn)完全性能。當雷達分辨單元內存在多個目標或存在多路徑反射時，單脈沖跟蹤精度將會受到嚴重影響。單脈沖雷達是一種精密跟蹤雷達。它有較高的測角精度、分辨率和數據率，但設備比較復雜。傳統(tǒng)的單脈沖雷達一般利用在天線焦平面上對稱放置多饋源的方式得到同時多波束。這種方法對單脈沖饋源的設計和每個饋源之后的射頻通道設計要求很高，設計復雜耗時，且成本也很高。傳統(tǒng)單脈沖技術形成需要的多波束是依靠單脈沖饋源中介紹的四喇叭饋源、五喇叭饋源、十二喇叭饋源以及多模喇叭饋源。但這些方式設計成本很高，結構復雜，加工制造比較困難，而且同一時刻只能跟蹤一個目標。傳統(tǒng)的單脈沖雷達基本是機械掃描雷達，復雜昂貴的單脈沖饋源設計和笨重的機電伺服系統(tǒng)大大限制了單脈沖雷達的應用范圍和成本的降低。隨著基于陣列的數字波束形成技術的發(fā)展，單脈沖波束不再僅僅局限于通過復雜昂貴天線饋源設計。DBF技術的使用使系統(tǒng)具備了自適應調節(jié)能力，能夠實現(xiàn)較好的空域濾波和自適應抗干擾性能。此外，只要實際的工程實現(xiàn)條件允許，利用不同加權矢量對同一接收陣列接收到的陣列單元信號進行并行處理后，就可以得到具有不同指向的數字波束，使同時跟蹤多目標成為可能。數字波束形成(DBF)技術使天線波束形成更具靈活性。DBF技術的使用使系統(tǒng)具備了自適應調節(jié)能力，能夠實現(xiàn)較好的空域濾波和自適應抗干擾性能。數字波束形成技術是在陣列天線和信號處理模塊基礎上發(fā)展起來的一項新技術，也是現(xiàn)代陣列雷達的關鍵技術之一。數字波束形成技術由于采用數字化形式保留了天線陣單元信號的全部信息，因此，可以用先進的數字信號處理模塊技術和方法，對陣列信號進行處理，獲得波束的優(yōu)良性能。DBF是指通過用數字信號處理模塊的方法實現(xiàn)天線的發(fā)射和接收波束，它是對接收到的高頻信號進行下變頻處理后在基帶運用數字信號處理模塊技術的方法形成靈活可控的發(fā)射和接收波束，這種技術是在陣列天線的基礎上，通過對陣列信號進行數字加權來改變波束指向和形狀，并且可以根據外部環(huán)境自適應的調整加權系數在干擾方向形成零陷來達到抑制干擾的目的，由于早期的跟蹤雷達基本采用的是波束轉換，但無論是波束轉換技術還是圓錐掃描技術都是通過單一的天線波束順序掃描來檢測目標角偏離信息。現(xiàn)代雷達面臨的任務日益復雜，雷達在工作過程中，可能會碰到諸如地物、海浪、云雨及敵人施放的金屬箔等雜波。雜波分為固定雜波和動雜波。在雷達接收回波信號的過程中，雜波信號的存在對有用信號的檢測和提取一直起著干擾的作用。由于雜波信號的存在對有用信號的檢測和提取會產生干擾。目標角誤差信息的獲得至少需要經過一個掃描周期，需要對不同時刻的雷達回波脈沖進行比較。由于各種原因，雷達回波信號本身的強度在不同時刻會有波動，從而使這種體制的跟蹤雷達的跟蹤精度受到限制，產生跟蹤誤差。為了克服這種目標本身回波幅度起伏對角誤差帶來的影響，從而催生了精密跟蹤雷達的誕生。近年來提出的數字單脈沖跟蹤系統(tǒng)能有效解決傳統(tǒng)模擬單脈沖雷達存在的問題，基于陣列天線的數字波束形成技術使得單脈沖不再僅僅通過天線饋源設計，它是在適當的天線陣設計、下變頻和陣列信號采集之后，在基帶用數字信號處理模塊辦法實現(xiàn)數字單脈沖和差波束，產生角誤差信息。數字單脈沖體制在多通道多單元的陣列雷達中應用較多。由于受器件功率和大氣條件的影響，毫米波雷達的作用距離受到了一定的限制，并且傳統(tǒng)的數字波束形成算法是假設在無干擾的情況下對目標進行跟蹤的，當存在主瓣或旁瓣干擾時，將會影響跟蹤精度。理想情況下，雖然在形成單脈沖和差波束時是假定通道之間是一致的，但是當通道不一致時，會大大降低天線系統(tǒng)的性能。對于一般的波束形成算法，當波束指向不同的方向時，波束寬度會發(fā)生變化，進而影響差波束的瞄準指向。