一种基于多波束信号的角度搜索方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于多波束信号的角度搜索方法，属于主动雷达角度搜索技术领域。
【背景技术】
[0002]探测距离是雷达最重要的技术指标之一，当目标指示精度较粗时，搜索时间会严重影响雷达对目标的探测性能，如何保证在较短的时间内完成角度搜索以覆盖目标的待测区域，实现对目标的可靠截获是雷达设计中必不可少的技术问题。随着雷达的工作频段广泛推广至毫米波段，天线的主波束宽度越来越窄，对应的搜索时间越来越长，为保证对目标的探测距离，必须实现雷达对目标的快速搜索和截获设计，雷达在搜索目标时采用波位驻留的方式，在搜索波位交叠处方向图损耗将激增，影响搜索性能。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种基于多波束信号的角度搜索方法，以解决目前在搜索目标时采用波位驻留方式导致搜索波位交叠处方向图损耗激增的问题。
[0004]本发明为解决上述技术问题而提供一种基于多波束信号的角度搜索方法，该角度搜索方法包括以下步骤:
[0005]1)利用相控阵天线可收发分离的特性，在保证发射天线方向图不变的条件下，对接收信号进行数字信号处理，得到多波束；
[0006]2)将待搜索空域划分为若干区域或波位，保证每个波位均可被发射/接收波束一次性覆盖；
[0007]3)利用步骤1)中得到的多波束按顺序在每个波位驻留设定时间进行扫描，直至截获到目标。
[0008]所述步骤1)中的数字信号处理是利用不同的加权系数对各接收通道信号进行加权实现。
[0009]所述步骤3)中采用波束内接正六边形相连的扫描方式进行扫描。
[0010]所述若在某波位截获到目标，则通过确认后转入跟踪流程，否则继续波位扫描。
[0011]所述步骤3)中的设定时间必须保证若波位内存在目标则能以较高概率将其截获。
[0012]本发明的有益效果是:本发明利用相控阵天线可收发分离的特性，在保证发射天线方向图不变条件下，对接收信号进行同时多波束数字信号处理，以提高接收天线波束等效宽度，减小搜索波位设置个数；将待搜索空域划分为若干区域或波位，利用得到的多波束对目标进行搜索，按顺序在每个波位驻留一段时间，保证若此波位内存在目标则能以较高概率将其截获。本发明利用相控阵波束快速捷变及数字多波束形成技术形成瞬时接收多波束方向图，在原单波束搜索时的波束交叠处形成接收方向图主瓣覆盖，从而大幅降低接收方向图损耗，等效展宽接收波束宽度，提高导引头的搜索性能。
【附图说明】
[0013]图1是同时接收多波束示意图；
[0014]图2是同时接收多波束实现方法示意图；
[0015]图3-a是纵列波位样式示意图；
[0016]图3-b是交错波位样式示意图；
[0017]图3-c是交叠波位样式示意图；
[0018]图4是本发明所采用的内接正六边形波位样式示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0020]本发明在保证发射波束主瓣宽度不变的条件下，通过对多接收通道的数字域加权处理得到同时多个接收波束回波信号，等效于接收主波束宽度的展宽，利用上述得到的多个接收波束回波信号对目标进行角度搜索，可有效减小搜索波位个数，缩短角度搜索时间。该方法主要通过两个步骤实现，一是实现同时多波束接收，二是利用多波束进行目标搜索。
[0021]1.同时多波束接收
[0022]利用相控阵天线可收发分离的特性，在保证发射天线方向图不变的条件下，对接收信号进行同时多波束数字信号处理，得到多波束，以提高接收天线波束等效宽度，减小搜索波位设置个数。
[0023]在相控阵天线中改变子阵的相移可实现波束指向的改变，发射波束的产生是通过各个子阵的相移来实现，与发射波束类似，接收波束也可通过调整子阵相移来实现，且接收过程要更加灵活，对各个子阵分别设计独立的接收通道，在信号处理机中同时产生若干虚拟的接收波束，以提高接收天线波束等效宽度，减小搜索波位设置个数。如图1所示，以同时接收7波束为例进行说明，图中圆圈表述波束3dB带宽投影，实心圆圈代表在中心波束附近同时形成的附加接收波束，其波束指向一般位于中心波束3dB宽度处，以弥补中心波束的单程接收3dB损失。显然，形成的附加波束越多，对中心波束增益损失的弥补越好，但同时也带来了检测计算量的成倍增加。
[0024]本发明所采用的同时多波束的数字实现方法是利用不同的加权系数对各接收通道信号进行加权，如图2所示，假设相控阵天线中子阵的个数为N个，每个子阵对应一个通道，在信号处理机中通过对各通道进行数字加权就可得到一个虚拟接收波束下的信号回波，利用Μ组加权系数可以得到Μ个虚拟接收波束下的信号回波，通过对Μ组信号进行处理等效于提高了接收波束的瞬时宽度。
[0025]2.将待搜索空域划分为若干区域或波位，保证每个波位均能被发射/接收波束一次性覆盖，控制搜索波束按顺序在每个波位驻留一段时间，保证若此波位存在目标能以较高概率将其截获；若在某波位截获目标，则通过确认后转入跟踪流程，否则继续波位扫描并重复，直至截获目标。
[0026]常用的搜索波位的编排样式主要有纵列波位、交错波位和交叠波位三种，分别如图3_a、3_b和3_c所不，纵列波位编排所需的波位数目最少，但覆盖率仅为78.5% ;交错波位编排的3dB覆盖率达到90%左右；交叠波位编排覆盖率可以达到100%，覆盖率虽高但重叠率也高，容易造成目标的冗余探测。为保证对目标的可靠截获，本发明采用波束内接正六边形相连的扫描方式，如图4所示。
[0027]假设雷达需要对以目标指示为中心±6°范围内的空间进行搜索，考虑毫米波天线阵双向3dB波束宽度为典型值2.5°，则单波束接收时，在满足截获概率和虚警概率条件下，有效地覆盖整个待搜索空域须设置37个波位。采用接收多波束技术，天线双向3dB波束宽度可优化为接近3.5°，在保证检测概率与虚警概率不变前提下，有效地覆盖整个待搜索空域须设置19个波位，相对单波束的搜索时间可减少49%。
【主权项】
1.一种基于多波束信号的角度搜索方法，其特征在于，该角度搜索方法包括以下步骤: 1)利用相控阵天线可收发分离的特性，在保证发射天线方向图不变的条件下，对接收信号进行数字信号处理，得到多波束； 2)将待搜索空域划分为若干区域或波位，保证每个波位均可被发射/接收波束一次性覆盖； 3)利用步骤1)中得到的多波束按顺序在每个波位驻留设定时间进行扫描，直至截获到目标。2.根据权利要求1所述基于多波束信号的角度搜索方法，其特征在于，所述步骤1)中的数字信号处理是利用不同的加权系数对各接收通道信号进行加权实现。3.根据权利要求1或2所述基于多波束信号的角度搜索方法，其特征在于，所述步骤3)中采用波束内接正六边形相连的扫描方式进行扫描。4.根据权利要求3所述基于多波束信号的角度搜索方法，其特征在于，所述若在某波位截获到目标，则通过确认后转入跟踪流程，否则继续波位扫描。5.根据权利要求3所述基于多波束信号的角度搜索方法，其特征在于，所述步骤3)中的设定时间必须保证若波位内存在目标则能以较高概率将其截获。
【专利摘要】本发明涉及一种基于多波束信号的角度搜索方法，属于主动雷达角度搜索技术领域。本发明利用相控阵天线可收发分离的特性，在保证发射天线方向图不变条件下，对接收信号进行同时多波束数字信号处理，以提高接收天线波束等效宽度，减小搜索波位设置个数；将待搜索空域划分为若干区域或波位，利用得到的多波束对目标进行搜索，按顺序在每个波位驻留一段时间，保证若此波位内存在目标则能以较高概率将其截获。本发明利用相控阵波束快速捷变及数字多波束形成技术形成瞬时接收多波束方向图，在原单波束搜索时的波束交叠处形成接收方向图主瓣覆盖，从而大幅降低接收方向图损耗，等效展宽接收波束宽度，提高导引头的搜索性能。
【IPC分类】G01S7/35, G01S7/285, G01S13/08
【公开号】CN105372648
【申请号】CN201510759286
【发明人】陈安娜, 高静, 赵毅寰, 吕晖, 邓方艺, 钱龙
【申请人】中国空空导弹研究院
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月10日