一种相控阵雷达搜索捕获目标的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及相控阵跟踪雷达信号处理领域，特别涉及相控阵卫星跟踪系统搜索/ 捕获的方法，以此过渡到稳定跟踪阶段。
【背景技术】
[0002] 近年来，移动通信的不断发展，通信系统对通信距离和范围的要求越来越高。移动 卫星通信系统成为一种机动通信的良好手段，可用于汽车，火车，舰船，飞机，导弹等各种移 动载体上，因其覆盖范围广、对地域要求不敏感、通信容量大等优点，已经被广泛应用于军 事和民用的多个领域。移动卫星通信系统的关键设备是天线稳定跟踪系统。
[0003] 有源相控阵天线具有波束快速扫描的能力，采用电子移相方式控制波束方向，能 够克服机械扫描天线波束指向转换的惯性及由此对系统性能的限制。避免传统的机械雷达 天线的机械伺服机构的运动速度较慢，跟不上载体的姿态和地理位置变化，使得在动态情 况下天线的指向偏离卫星，导致通信质量下降或者造成通信中断的情况。
[0004] 跟踪雷达是指那些能够自动连续的对目标进行跟踪，不断地对目标参数进行精确 测量并能输出目标坐标位置参数的雷达，连续闭环式自动跟踪、目标坐标参数的高精度测 量及高数据输出率是目标跟踪的主要特点。单脉冲雷达跟踪精度高，实现简单，数以典型的 高精度跟踪雷达都选用单脉冲体制。
[0005] 卫星通信相控阵天线自跟踪系统，主要包括接收天线阵列、发射天线阵列、射频前 端模块、自跟踪基带处理单元、波束引导控制单元、外部时钟和电源等部分。自跟踪接收系 统通过将天线阵列划分成4个子阵。各天线单元的信号合成四个子阵，进行4路A/D变 换，4路子阵信号经模拟下变频变为中频信号并经ADC采样后，首先由预处理模块完成复信 号产生、通道校正等处理工作。然后进入搜索捕获状态，根据载体平台提供的引导信息完成 卫星信号的搜索捕获。捕获成功后系统进入自跟踪状态，通过角度测量和跟踪滤波等处理 使得天线波束自动对准卫星，实现接收阵列波束对卫星的自动跟踪。跟踪滤波过程中将实 时检测目标是否跟丢，判定为跟丢后则重新转入搜索捕获状态。
[0006] 由于运动平台设备获得的卫星位置预报信息和实际目标难免存在一定的角度误 差，需要雷达在一定范围内进行搜索捕获过程，减小与目标位置之间的角度误差满足天线 的跟踪环路跟踪状态条件。对于搜索捕获过程，一般的搜索捕获就是通过门限检测和判 决，一种典型的技术是设置合适的门限，使得门限电压足够高，以防止大多数噪声尖峰超过 门限，可是又要低的足以让弱信号通过，只是有的做了两次或多次判决确认，而本发明借助 了闭环式跟踪滤波方法，运用了角度测量以及跟踪滤波，使得捕获过程有一个收敛的过程， 更稳定，整个算法简易稳定，具有较高的搜索速度，可以运用到高速的移动平台的自跟踪系 统，保证自跟踪的准确性。
[0007] 跟踪滤波技术是跟踪系统的核心。国内外对该项技术也开展了深入研宄。卡尔曼 (Kalman)用状态方程来描述随机线性系统，提出了卡尔曼滤波算法。该算法同时适用于平 稳和非平稳随机过程。卡尔曼滤波在线性系统中是最优的估计方法，但卡尔曼滤波需要实 时求解增益矩阵，涉及到较复杂的矩阵求逆过程，为算法的工程实现增加了难度，针对非线 性系统，基于将非线性方程进行线性近似的思想，提出了扩展卡尔曼滤波等非线性滤波算 法。但这类算法容易发散，工程应用受到限制。不敏卡尔曼滤波和粒子滤波两种较新的非 线性滤波算法，但这些方法目前尚处于理论研宄阶段，工程上难以实现。工程上通常采用 α - β滤波算法，该算法是一种常增益的滤波方法，该方法避免了卡尔曼滤波中复杂的增益 矩阵求解问题，易于实现，因而在工程上获得了较多应用。
【发明内容】
[0008] 本发明提供了一种基于类单脉冲和差比幅测角的相控阵雷达搜索捕获方法，该方 法与传统的搜索捕获方法相比，一般的搜索捕获通过门限检测和判决，只是有的做了两次 或多次判决确认，而本方法借助了角度跟踪滤波，在搜索过程通过门限检测到信号后，进行 类单脉冲和差比幅测角和α-β滤波的闭环跟踪过程使得捕获过程有一个收敛的过程，使 得捕获更稳定可靠。
[0009] 本发明具体采用如下技术方案：
[0010] 一种相控阵雷达搜索捕获目标的方法，其流程如图1所示，具体包括以下步骤：
[0011] 步骤1.相控阵雷达子阵划分；
[0012] 将相控阵雷达天线阵列划分成四个子阵，分别记为子阵1、子阵2、子阵3及子阵 4 ；
[0013] 步骤2.设定能量检测门限Et;
[0014] 记Ii1 (η)、η2 (η)、η3(η)、η4(η)分别为所述四个子阵均未接收到捕获目标的信号时 相应的输出信号，则此时合成信号记为ηΣ= n Jn)+]!?+]!?+]!? ;由此得噪声总能 量：
【主权项】
1. 一种相控阵雷达搜索捕获目标的方法，具体包括以下步骤： 步骤1.相控阵雷达子阵划分； 将相控阵雷达天线划分成四个子阵，分别记为子阵1、子阵2、子阵3及子阵4 ; 步骤2.设定能量检测门限Et; 记ni (n)、n2 (n)、n3 (n)、n4 (n)分别为所述四个子阵均未接收到捕获目标的信号时相应 的输出信号，则此时合成信号记为=ni(n) +n2 (n) +n3 (n) +n4 (n)，由此得噪声总能量：
求解所述噪声总能量的均值以及方差。s，得能量检测门限￡,zAA+Ayr，其中k:G[1. 0, 1. 2],k2G[4, 5]； 步骤3.目标搜索过程；从载体平台提供的引导信息获得目标的初始位置后，控制相控 阵雷达天线的波束位置指向该初始位置，并以该初始位置为中心进行波束搜索；波束搜索 具体采用以下方式进行： 步骤3-1.构建两种不同范围的用于波束搜索的波位排列，分别记为排列1、排列2 ; 所述排列1包括5个波位：中心波位1，分别位于中心波位1的左上方、右上方、左下方 及右下方的波位2、3、4及波位5 ;所述中心波位1与波位2、3、4、5相交叠，所述排列1中波 位2、3、4、5的中心均与波位1的中心相距半个波束宽度； 所述排列2包括呈九宫格排列的九个波位：波位1位于九宫格中心，所述九宫格第一排 由左至右分别为波位2、3及波位4，波位1的左、右分别为波位5、波位6，九宫格第三排由左 至右分别为波位7、8、9 ;排列2中左右或