基于DBF的精密角跟蹤.pdf

1、雷達(dá)是綜合了現(xiàn)代電子科學(xué)各種先進(jìn)技術(shù)的高科技系統(tǒng)，在軍事上有著重要作用，是軍事偵察和預(yù)警的一種主要工具。單脈沖雷達(dá)是一種精密跟蹤雷達(dá)，精密跟蹤和測控目標(biāo)。它每發(fā)射一個脈沖，天線能同時(shí)形成若干個波束，將各波束回波信號的振幅和相位進(jìn)行比較，就可發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的位置。當(dāng)目標(biāo)位于天線軸線上時(shí)，各波束回波信號的振幅和相位相等，信號差為零 。當(dāng)目標(biāo)不在天線軸線上時(shí)，各波束回波信號的振幅和相位不等，產(chǎn)生信號差，驅(qū)動天線轉(zhuǎn)向目標(biāo)直至天線軸線對準(zhǔn)目標(biāo)，于是便可

2、測出目標(biāo)的高低角和方位角。從各波束接收的信號之和，可測出目標(biāo)的距離，這樣就實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)的測量和跟蹤。單脈沖雷達(dá)通常有振幅比較單脈沖雷達(dá)和相位比較單脈沖雷達(dá)兩大類。 單脈沖雷達(dá)可根據(jù)從單個脈沖回波中所提取的信息來確定被檢測到的信號源的角位置，因此使得許多用于干擾波束順序掃描雷達(dá)的雷達(dá)對抗技術(shù)幾乎完全失效。由于單脈沖雷達(dá)有很高的測角精度、分辨率和對抗電子干擾的能力，它仍是軍用跟蹤雷達(dá)廣泛使用的一項(xiàng)技術(shù)。但它有設(shè)備比較復(fù)雜，無法對多目

3、標(biāo)進(jìn)行精密跟蹤等缺點(diǎn)。 從性能的觀點(diǎn)來看，雷達(dá)采用相控陣或電子掃描天線ESA是最適合的。ESA可實(shí)現(xiàn)很高的增益，波束能進(jìn)行掃描，從而有很大的覆蓋區(qū)域。ESA解決了可靠性的瓶頸問題：由于信號的發(fā)射和接收是由成百上千個獨(dú)立的收/發(fā)和輻射單元組成，因此少數(shù)單元失效對系統(tǒng)性能影響不大。ESA解決了同時(shí)多功能的難題，即相控陣能在同一時(shí)間內(nèi)完成一個以上的雷達(dá)功能。它可以用一部分T/R模塊完成一種功能，用另外的T/R模塊完成其它功能；也可用時(shí)

4、間分隔的方法交替用同一陣面完成多種功能。如雷達(dá)在進(jìn)行地圖測繪(SAR/GMTI)、地物回避、地形跟隨、威脅回避的同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)對空中目標(biāo)的搜索和跟蹤，并對其進(jìn)行攻擊。 雷達(dá)作用距離大幅度增長：特別是AESA雷達(dá)，其T/R模塊中的射頻功率放大器(HPA)同天線輻射器緊密相連，而接收信號幾乎直接耦合到各T/R模塊內(nèi)的射頻低噪聲放大器(LNA)，這就有效地避免了干擾和噪聲疊加到有用信號上去，使得加到處理器的信號信噪比很高，因此，AES

5、A雷達(dá)微波能量的饋電損耗較傳統(tǒng)機(jī)械掃描雷達(dá)大為減少。 不像機(jī)械掃描天線，相控陣的空間位置是固定的，波束的電子掃描是通過陣元間引入相移或延時(shí)實(shí)現(xiàn)的。采用相移的方法，波束掃描的速度非?？?，不會像機(jī)械掃描陣那樣受機(jī)械馬達(dá)的限制。 數(shù)字波束形成DBF是相控陣方向圖控制的最先進(jìn)的方法, 是一項(xiàng)迅速發(fā)展的技術(shù)。數(shù)字波束形成與模擬波束形成相比有許多優(yōu)點(diǎn)，例如，多個同時(shí)接收波束，不同輸出波束的動態(tài)重構(gòu)，動態(tài)零陷控制，通過數(shù)字校準(zhǔn)可產(chǎn)生非

6、常低的旁瓣。當(dāng)在子陣層次實(shí)現(xiàn)DBF時(shí)，DBF能夠使陣列的最大自由度得到充分利用。跟傳統(tǒng)的模擬陣列控制技術(shù)相比，在多個獨(dú)立波束的同時(shí)形成，自適應(yīng)零陷，空時(shí)自適應(yīng)處理，方向定位中，DBF可使其性能得到顯著提高。由于DBF的適應(yīng)性，DBF可廣泛應(yīng)用在相控陣中。 數(shù)字波束形成（DBF）是以數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)波束形成的技術(shù)。在所有通道信號求和之前，波束形成處理器將數(shù)字形式的幅度和相位權(quán)值加到每一個輸入信號中。它保留了天線陣列單元的全部信息，并可

7、以構(gòu)成空間受控的一個或多個定向波束，從而獲得優(yōu)良的波束性能。例如，可自適應(yīng)地形成波束以實(shí)現(xiàn)空域抗干擾,可進(jìn)行非線性處理，以改善角分辨率。此外，數(shù)字波束形成還可以同時(shí)形成多個獨(dú)立可控的波束而不損失信噪比；波束特性由數(shù)字權(quán)矢量控制，因而靈活可變。 適用于DBF陣列應(yīng)用的數(shù)字接收機(jī)（Rx）技術(shù)是一個新興的研究和開發(fā)方向，數(shù)字Rx將會顯著地影響DBF相控陣的結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢，加速DBF的實(shí)現(xiàn)。數(shù)字Rx應(yīng)實(shí)現(xiàn)許多當(dāng)代一流通信系統(tǒng)所具有的特性。

8、當(dāng)前，數(shù)字雷達(dá)接收機(jī)包括以下特性（但不只這些）：用于RF到IF、RF到基帶解調(diào)的RF接收機(jī)前端，防止RF前端被強(qiáng)干擾信號阻塞的自動增益控制（AGC），用于帶通采樣或基帶采樣的ADC，將采樣信號分解為同相和正交分量的FIR濾波器。 DBF技術(shù)需要上述的數(shù)字Rx能力，還應(yīng)加上基本的數(shù)字控制和相控天線陣優(yōu)化能力。這些功能包括：實(shí)現(xiàn)數(shù)字Rx信道均衡的FIR數(shù)字濾波，以便進(jìn)行寬帶陣列通道之間的校準(zhǔn)；數(shù)字子帶方案，例如多速率數(shù)字濾波或分?jǐn)?shù)數(shù)

9、字采樣時(shí)延的實(shí)現(xiàn)，以便實(shí)現(xiàn)寬帶波束形成和自適應(yīng)零陷；雷達(dá)處理所需的脈沖壓縮和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。高度可編程性，便于實(shí)現(xiàn)波束形成、通道濾波的高級算法，模塊化自評估能力，可現(xiàn)場監(jiān)視DBF Rx陣列信道的性能。 本文探討了將相控陣的優(yōu)點(diǎn)和單脈沖雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)綜合的問題。全文由主要內(nèi)容的六章組成。第一章介紹了雷達(dá)的基本概念和基本組成，闡明了開展本文研究的國防和民用意義、主要研究內(nèi)容和論文創(chuàng)新點(diǎn)。第二章中詳細(xì)介紹天線陣列的結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)，特別是系統(tǒng)

10、討論了線陣和圓陣的方向圖的性質(zhì)，為后面的介紹DBF波束形成和相控陣做必要的鋪墊。第三章介紹目前跟蹤系統(tǒng)中廣泛使用的單脈沖雷達(dá)技術(shù)，介紹了比幅單脈沖和比相單脈沖的原理和系統(tǒng)框圖，介紹了跟蹤系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。介紹了波束形成的基本原理。第四章由于單脈沖跟蹤技術(shù)在跟蹤多目標(biāo)和目標(biāo)高度較低時(shí)會出現(xiàn)較大誤差，以及跟蹤精度很高，搜索速度慢，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，并對方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析和總結(jié)。第五章重點(diǎn)介紹了單脈沖數(shù)字陣列雷達(dá)中的關(guān)鍵技術(shù)和部件，及其