一种分布式网络化雷达系统空间同步扫描方法与流程

本发明涉及一种雷达空间扫描领域，特别是一种分布式网络化雷达系统空间同步扫描方法。

背景技术：

隐身目标探测是当前防空预警领域亟需解决的难题，利用空域优势，采用分布式网络化雷达进行隐身目标探测是解决这一问题的有效途径之一。分布式网络化雷达系统采用收发分置的运作模式，系统的空间、时间、相位的同步问题必须得到有效的解决，分布式网络化雷达协调工作的一个重要基础是实现空间同步。准确的空间同步扫描对系统检测的威力、精度及输出情报质量有至关重要的意义。空间同步的核心是使收发波束必须同时指向同一探测区域才能完成目标探测。

解决空间同步问题的关键就是解决天线波束扫描问题，天线波束扫描分为机械扫描和电扫描两种方式。雷达基站的机械扫描方式只能靠天线的转动扫描和对准目标区域，这种机械化的方式很难实现空间同步。因此，对于分布式网络化雷达来说，常采用相控阵雷达实现大空域的探测。相控阵雷达是由大量的小天线组成的阵列，采用电扫描方式控制雷达波束的指向变化，改变天线表面的阵列发出的波束合成，以达到改变波束扫描方向或者角度的目的。

分布式网络化雷达发射站一般采用较宽的波束，便于实现对搜索区域的快速覆盖，但是由于其波束增益减小，能量不能充分利用。如果发射阵列和接收阵列可以采用窄波束，将大大提高发射天线和接收天线的增益，但同时增加空间同步扫描的复杂性。现有扫描方法无法解决窄波束空间同步扫描的复杂性，需对雷达资源进行合理地控制、分配和优化，利用其有限的能量和时间资源，优化波束的编排与扫描策略，在系统波束覆盖范围内提高空间扫描的效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种分布式网络化雷达系统空间同步扫描方法，在系统波束覆盖范围内提高空间扫描的效率，解决了分布式网络化雷达在收发分置运作模式下，发射阵列和接收阵列采用窄波束进行空间扫描复杂性高的问题。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种分布式网络化雷达系统空间同步扫描方法，包括如下步骤：

步骤一、建立观测坐标系oxyz；

步骤二、在xoy平面内，随机放置1个发射雷达和3个接收雷达；实现发射雷达的发射波束张角与3个接收雷达的接收波束张角在xoy平面有共同的覆盖区域；

步骤三、对共同覆盖区域进行子空间划分；得到所有子空间，对每个子空间进行编号；

步骤四、为每个子空间进行权重分配；

步骤五、对扫描目标进行扫描；按权重由大至小的顺序对各子空间依次进行扫描。

在上述的一种分布式网络化雷达系统空间同步扫描方法，所述的步骤一中，观测坐标系oxyz的建立方法为：

设定观测点为坐标原点o；x方向为正东方向；y方向为正北方向；z方向由右手定则确定。

在上述的一种分布式网络化雷达系统空间同步扫描方法，所述的步骤二中，所述发射雷达发射波束的水平张角为90°；每个接收雷达接收波束的水平张角均为88°。

在上述的一种分布式网络化雷达系统空间同步扫描方法，所述的步骤二中，设定1个发射雷达和3个接收雷达依次相连形成的四边形面积为a；则共同覆盖区域的面积为

在上述的一种分布式网络化雷达系统空间同步扫描方法，所述的步骤三中，发射雷达包括45个波位，每个波位的波束沿xoy平面的张角为2°；每个发射波束波位记为fi；i为正整数，且1≤i≤45；每个接收雷达包括22个波位，每个波位的波束沿xoy平面的张角为4°；第一接收雷达的接收波束波位记为j1k；k为正整数，且1≤k≤22；第二接收雷达的接收波束波位记为j2k；k为正整数，且1≤k≤22；第三接收雷达的接收波束波位记为j3k；k为正整数，且1≤k≤22。

在上述的一种分布式网络化雷达系统空间同步扫描方法，所述的步骤三中，由不同fi、j1k、j2k、j3k所围成的区域为1个子空间。

在上述的一种分布式网络化雷达系统空间同步扫描方法，所述的步骤四中，子空间权重分配的方法为：

s1：当共同的覆盖区域未出现扫描目标时，按各子空间的面积进行权重分配，面积大的权重大；

s2：当共同的覆盖区域出现扫描目标时，分别计算扫描目标占据的每个子空间的权重wm；m为子空间的序号；

式中，wm为归一化处理前的各子空间的权重；

w'm＝t1·t2·t3·am

式中，t1为扫描目标类型的威胁程度系数；

t2为扫描目标飞行速度的威胁程度系数；

t3为扫描目标反射波束强度威胁系数；

am为扫描目标占据的序号为m的子空间在xoy平面内的面积。

在上述的一种分布式网络化雷达系统空间同步扫描方法，所述s2中，当扫描目标类型为弹道导弹时，t1＝0.92；当扫描目标类型为大型飞机时，t1＝0.85；当扫描目标类型为小型飞机时，t1＝0.55；当扫描目标类型为武装直升机时，t1＝0.43；当扫描目标类型为诱饵时，t1＝0.04。

在上述的一种分布式网络化雷达系统空间同步扫描方法，所述s2中，扫描目标飞行速度的威胁程度系数t2的计算方法为：

设定飞行速度最小阈值为vmin；设定飞行速度最大阈值为vmax；扫描目标飞行速度为v；

当v≤vmin时，t2＝0；

当vmin＜v＜vmax时，

当v≥vmax时，t2＝1。

在上述的一种分布式网络化雷达系统空间同步扫描方法，所述s2中，扫描目标反射波束强度威胁系数t3的计算方法为：

t3＝λ·k

式中，λ为扫描目标反射波束的强度；

k为等效系数。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明采用一个发射站三个接收站的分布式收发分置运作模式，利用空域优势实现对隐身目标探测。发射阵列和接收阵列采用窄波束，可以提高发射天线和接收天线的增益，使得能量得以充分利用；

(2)本发明通过对波束宽度的自适应优化，优化子空间的个数，达到优化扫描的目的，提高了数据刷新率；

(3)本发明在扫描过程中，给各子空间设置不同的权重，根据权重系数进行波位顺序的编排，可以减少目标发现时间。通过建立多目标优化函数，使得在最短的扫描时间内，目标的发现概率最大。通过此方法进行波束编排制定扫描策略，实现分布式网络化雷达系统空间同步扫描，可以减少系统扫描时间，提高数据刷新率。

附图说明

图1为本发明扫描方法流程图；

图2为本发明观测坐标系示意图；

图3为本发明发射雷达的波位波束示意图；

图4为本发明第一接收雷达的波位波束示意图；

图5为本发明第二接收雷达的波位波束示意图；

图6为本发明第三接收雷达的波位波束示意图；

图7为本发明共同覆盖区域和子空间示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明公开了一种分布式网络化雷达系统空间同步扫描的方法，方法包括：分布式网络化雷达系统采用一个发射天线三个接收天线的分布式结构；发射天线发射阵列和接收天线接收阵列采用窄波束提高发射天线和接收天线的增益；通过合理的波束宽度优化，对划分的子空间重新合并划分，确定最终划分的子空间；根据各子空间的不同重要性，给各子空间设置不同的权重；最后通过建立多目标优化模型使得在最短的扫描时间内，目标的发现概率最大。本发明在系统波束覆盖范围内提高空间扫描的效率，可广泛应用于雷达空间扫描领域。

如图1所示为扫描方法流程图，由图可知，一种分布式网络化雷达系统空间同步扫描方法，包括如下步骤：

步骤一、如图2所示为观测坐标系示意图，由图可知，建立观测坐标系oxyz；观测坐标系oxyz的建立方法为：

设定观测点为坐标原点o；x方向为正东方向；y方向为正北方向；z方向由右手定则确定。

步骤二、在xoy平面内，随机放置1个发射雷达和3个接收雷达；实现发射雷达的发射波束张角与3个接收雷达的接收波束张角在xoy平面有共同的覆盖区域；述发射雷达与接收雷达采用相控阵雷达实现覆盖空域的探测，发射雷达的发射阵列和接收雷达的接收阵列均采用窄波束；所述发射雷达发射波束的水平张角为90°；每个接收雷达接收波束的水平张角均为88°；设定1个发射雷达和3个接收雷达依次相连形成的四边形面积为a；则共同覆盖区域的面积为如图3、图4、图5和图6所示，发射雷达包括45个波位，每个波位的波束沿xoy平面的张角为2°；每个发射波束波位记为fi；i为正整数，且1≤i≤45；每个接收雷达包括22个波位，每个波位的波束沿xoy平面的张角为4°；第一接收雷达的接收波束波位记为j1k；k为正整数，且1≤k≤22；第二接收雷达的接收波束波位记为j2k；k为正整数，且1≤k≤22；第三接收雷达的接收波束波位记为j3k；k为正整数，且1≤k≤22。

步骤三、如图7所示，对共同覆盖区域进行子空间划分；得到所有子空间，对每个子空间进行编号；由不同fi、j1k、j2k、j3k所围成的区域为1个子空间。

步骤四、为每个子空间进行权重分配；子空间权重分配根据扫描目标类型的威胁程度系数、扫描目标飞行速度的威胁程度系数、扫描目标反射波束强度威胁系数和扫描目标占据的序号为m的子空间在xoy平面内的面积等因素分别设置权重系数，将上述几方面的因素相乘，并进行归一化，得到每个子空间的权重系数。子空间权重分配的具体方法为：

s1：当共同的覆盖区域未出现扫描目标时，按各子空间的面积进行权重分配，面积大的权重大；权重大扫描优先级越高；

s2：当共同的覆盖区域出现扫描目标时，分别计算每个子空间的权重wm；m为子空间的序号；

式中，wm为归一化处理前的各子空间的权重；

w'm＝t1·t2·t3·am

式中，t1为扫描目标类型的威胁程度系数；当扫描目标类型为弹道导弹时，t1＝0.92；当扫描目标类型为大型飞机时，t1＝0.85；当扫描目标类型为小型飞机时，t1＝0.55；当扫描目标类型为武装直升机时，t1＝0.43；当扫描目标类型为诱饵时，t1＝0.04。

t2为扫描目标飞行速度的威胁程度系数；扫描目标飞行速度的威胁程度系数t2的计算方法为：

设定飞行速度最小阈值为vmin；设定飞行速度最大阈值为vmax；扫描目标飞行速度为v；

当v≤vmin时，t2＝0；

当vmin＜v＜vmax时，

当v≥vmax时，t2＝1。

t3为扫描目标反射波束强度威胁系数；扫描目标反射波束强度威胁系数t3的计算方法为：

t3＝λ·k

式中，λ为扫描目标反射波束的强度；

k为等效系数。

am为扫描目标占据的序号为m的子空间在xoy平面内的面积。

步骤五、对扫描目标进行扫描；按权重由大至小的顺序对各子空间依次进行扫描。实现在最短的扫描时间内，扫描目标的发现概率最大。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。