一种确定雷达的最优搜索波束参数的方法及其雷达

技术领域

本公开实施例涉及雷达技术领域，尤其涉及一种确定雷达的最优搜索波束参数的方法及其雷达。

背景技术

现代信息化战争，对战场感知能力提出了更高的要求，作为一种全天候、远距离、高精度的战场感知手段，有源相控阵雷达在信息化战争中的应用将更加深入、更加广泛。在空中预警探测、战场态势侦察与感知、空中目标监视、精确打击武器控制等诸多方面，有源相控阵雷达都扮演不可或缺的角色。当今有源相控阵技术的研究工作主要围绕军用系统的研制展开，世界主要发达国家也均把有源相控阵雷达技术作为军事电子技术的重点研究对象。

相关技术中，为了实现雷达的探测性能的最大化，需要合理地设计雷达搜索波束参数。然而，受限的雷达资源和雷达的探测性能存在矛盾。相关技术通常采用最小搜索时间为目标设计搜索的波束参数，没有考虑天线收发(TR)组件的成本问题。

关于上述的技术方案，发现存在TR组件的浪费成本问题，无法合理地设计雷达搜索波束参数，从而以较少的时间和较少的TR组件成本资源达到最优雷达探测性能。

因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种确定雷达的最优搜索波束参数的方法及其雷达，进而至少解决存在TR组件的浪费成本问题，无法合理地设计雷达搜索波束参数等问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种确定雷达的最优搜索波束参数的方法，包括：

设置目标优化函数，其中，所述目标优化函数以雷达所使用的收发组件的数量和搜索数据率为变量，且以表示所述数量和所述搜索数据率的综合评价的值为结果；

设置雷达所使用的收发组件的数量范围；

根据每个所使用的收发组件的数量来确定多组搜索数据率和搜索波束参数，其中，每组的搜索数据率和搜索波束参数分别对应一个的收发组件的数量；

通过所述目标优化函数对表示每个数量和与每个数量对应的搜索数据率的综合评价的值进行求取；

选取求得的多个所述值中的最小值，并且将与所述最小值对应的数量选择为目标数量；

将所述目标数量所对应的搜索波束参数作为雷达的最优搜索波束参数。

可选地，所述根据每个所使用的收发组件的数量来确定多组搜索数据率和搜索波束参数的步骤，包括：

选取所述数量N为所述数量范围内的最小值N

选取所述数量N为N+1，并确定N+1所对应的搜索数据率和搜索波束参数；

重复上一步骤，直至选取所述数量N为所述数量范围内的最大值N

可选地，所述根据每个所使用的收发组件的数量来确定多组搜索数据率和搜索波束参数的步骤，包括：

对雷达的搜索空域进行分区探测，计算每块空域所对应的搜索波束参数；

其中，每块空域所对应的所述搜索波束参数包括脉冲重复周期、脉宽、脉冲数、波束展宽倍数，俯仰角波束宽度以及雷达需要达到的实际距离。

可选地，所述对雷达的搜索空域进行分区探测，计算每块空域所对应的搜索波束参数的步骤，包括：

确定每块空域所对应的雷达需要达到的实际距离；

根据所述实际距离和收发组件的数量计算所述脉冲重复周期、脉宽、波束展宽倍数和俯仰角波束宽度；

基于所述脉冲重复周期和脉宽确定所述脉冲数。

可选地，所述根据每个所使用的收发组件的数量来确定多组搜索数据率和搜索波束参数的步骤，包括：

获取方位角波束宽度；

基于所述脉冲重复周期和所述脉冲数确定收发组件的数量所对应的雷达的波位总驻留时间；

基于所述波位总驻留时间和所述方位角波束宽度确定收发组件的数量所对应的所述搜索数据率。

可选地，所述对雷达的搜索空域进行分区探测，计算每块空域所对应的搜索波束参数的步骤，包括：

当完成计算每块空域所对应的搜索波束参数，检测当前已计算的所有空域是否覆盖整个俯仰区域；

若检测到没有覆盖整个俯仰区域，则计算下一个空域所对应的搜索波束参数，直至当前已计算的所有空域覆盖整个俯仰区域。

可选地，所述选取求得的多个所述值中的最小值，并且将与所述最小值对应的数量选择为目标数量的步骤，包括：

在满足下述条件的基础上，选取求得的多个所述值中的最小值，并且将与所述最小值对应的数量选择为目标数量；

所计算出的所述目标数量所对应的每块空域的作用距离均大于等于每块空域的实际距离。

可选地，所述选取求得的多个所述值中的最小值，并且将与所述最小值对应的数量选择为目标数量的步骤，包括：

在满足下述条件的基础上，选取求得的多个所述值中的最小值，并且将与所述最小值对应的数量选择为目标数量；

所述目标数量所对应的所有空域的展宽后的波束宽度之和大于等于俯仰角最大值与最小值的差。

可选地，所述设置目标优化函数的步骤，包括：

所述目标优化函数针对收发组件的数量设置成本权重，以及针对搜索数据率设置时间权重，所述目标优化函数根据所述成本权重和所述时间权重对表示每个数量和与每个数量对应的搜索数据率的综合评价的值进行求取。

第二方面，本发明提供了一种雷达，包括：

所述雷达根据上述实施例中任一项所述的确定雷达的最优搜索波束参数的方法来生成最优搜索波束参数。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开的实施例中，通过对雷达所使用的收发组件的数量和搜索数据率进行综合评价，实现用较少的时间和较少的收发组件成本资源达到最优雷达探测性能，从而合理地设计雷达搜索波束参数。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本公开示例性实施例中确定雷达的最优搜索波束参数方法的流程示意图；

图2示出本公开示例性实施例中搜索空域分区的示意图；

图3示出本公开示例性实施例中雷达搜索波束参数获取流程的示意图；

图4示出本公开示例性实施例中雷达搜索波束参数优化流程的示意图；

图5示出本公开示例性实施例中全搜索空域雷达实际距离的示意图；

图6示出本公开示例性实施例中搜索空域分区的示意图；

图7示出本公开示例性实施例中雷达威力的示意图；

图8示出本公开示例性实施例中一种存储介质的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

本示例实施方式中首先提供了一种确定雷达的最优搜索波束参数的方法。参考图1中所示，包括以下步骤：

步骤S100：设置目标优化函数。

步骤S200：设置雷达所使用的收发组件的数量范围。

步骤S300：根据每个所使用的收发组件的数量来确定多组搜索数据率和搜索波束参数。

步骤S400：通过目标优化函数对表示每个数量和与每个数量对应的搜索数据率的综合评价的值进行求取。

步骤S500：选取求得的多个值中的最小值，并且将与最小值对应的数量选择为目标数量。

步骤S600：将目标数量所对应的搜索波束参数作为雷达的最优搜索波束参数。

其中，目标优化函数以雷达所使用的收发组件的数量和搜索数据率为变量，且以表示数量和搜索数据率的综合评价的值为结果。

其中，每组的搜索数据率和搜索波束参数分别对应一个的收发组件的数量。

需要理解的是，在成本方面，TR组件(收发组件)个数N越大，成本越大；通过在允许的范围内遍历TR组件个数N，计算对应的雷达搜索波束参数，可选择较低N值下的雷达搜索波束参数；难点在于如何求解不同N值下的波束参数。在搜索时间优化方面，对整个搜索区域进行分区域搜索，对不同区域设计优化的雷达搜索波束参数，节约搜索时间；难点在于如何进行合理分区，以及利用各分区雷达作用距离等优化波束搜索参数。最后综合考虑成本和时间因素，获取最优的雷达搜索波束参数。

还需要理解的是，在实际使用过程中可以按照以下步骤进行。步骤1：初始化雷达基本探测指标、目标参数，设置目标优化函数；步骤2：设置最小TR组件个数N

还需要理解的是，给定雷达工作频段f，目标雷达散射截面积σ，目标最大速度v，目标与雷达的最大距离R

还需要理解的是，依据经验和成本设置N的区间N

根据上述确定雷达的最优搜索波束参数的方法，通过对雷达所使用的收发组件的数量和搜索数据率进行综合评价，实现用较少的时间和较少的收发组件成本资源达到最优雷达探测性能，从而合理地设计雷达搜索波束参数。

下面，参考图1至图7中所示，对本示例实施方式中的上述方法进行更详细的说明。

参考图2中所示，可选地，步骤S100中，包括：

目标优化函数针对收发组件的数量设置成本权重，以及针对搜索数据率设置时间权重，目标优化函数根据成本权重和时间权重对表示每个数量和与每个数量对应的搜索数据率的综合评价的值进行求取。

需要理解的是，通过优化时间和成本资源合理地设计雷达搜索波束参数，达到最优的雷达探测性能。设置合理的时间和成本资源权重系数，自主选择性增加。

选取目标优化函数求得的多个值中的最小值通过下述表达式实现：

其中，N表示TR组件的数量，T表示波位总驻留时间，n

参考图4中所示，可选地，步骤S300中，包括以下步骤：

步骤S310：选取数量N为数量范围内的最小值N

步骤S320：选取数量N为N+1，并确定N+1所对应的搜索数据率和搜索波束参数；

步骤S330：重复上一步骤，直至选取数量N为数量范围内的最大值N

需要理解的是，从最小值N

参考图3中所示，可选地，步骤S300中，包括以下步骤：

步骤S340：对雷达的搜索空域进行分区探测，计算每块空域所对应的搜索波束参数。

其中，每块空域所对应的搜索波束参数包括脉冲重复周期、脉宽、脉冲数、波束展宽倍数，俯仰角波束宽度以及雷达需要达到的实际距离。

需要理解的是，雷达采用分区部署搜索波束，俯仰空域以由下到上分成m块区域，每块空域采用相同的波束搜索目标。对于第i块空域，令T

参考图3中所示，可选地，步骤S340中，包括以下步骤：

步骤S341：确定每块空域所对应的雷达需要达到的实际距离；

步骤S342：根据实际距离和收发组件的数量计算脉冲重复周期、脉宽、波束展宽倍数和俯仰角波束宽度；

步骤S343：基于脉冲重复周期和脉宽确定脉冲数。

需要理解的是，整个空域的雷达作用范围(包含雷达需要达到的实际距离R

目标高度h在h

目标高度h在h

脉冲重复周期(Pulse Repetition Interval,PRI)的设计主要考虑的因素是距离模糊。要避免距离模糊，就要使前一个脉冲在最大距离处的回波信号在下一个脉冲发射之前返回。

其中τ

占空比d

一般占空比设置为20％～30％，再依据占空比计算脉冲重复周期T

展宽后的波束宽度θ

脉冲个数n

其中，R

参考图3中所示，可选地，步骤S300中，包括以下步骤：

步骤S350：获取方位角波束宽度；

步骤S360：基于脉冲重复周期和脉冲数确定收发组件的数量所对应的雷达的波位总驻留时间；

步骤S370：基于波位总驻留时间和方位角波束宽度确定收发组件的数量所对应的搜索数据率。

需要理解的是，雷达的波位总驻留时间T下述表达式实现：

其中，T

搜索数据率n

其中，T表示波位总驻留时间；θ

参考图3中所示，可选地，步骤S340中，包括以下步骤：

步骤S344：当完成计算每块空域所对应的搜索波束参数，检测当前已计算的所有空域是否覆盖整个俯仰区域；

步骤S345：若检测到没有覆盖整个俯仰区域，则计算下一个空域所对应的搜索波束参数，直至当前已计算的所有空域覆盖整个俯仰区域。

需要理解的是，俯仰空域以由下到上分成m块区域，各区域波束宽度θ

参考图2中所示，可选地，步骤S500中，包括以下步骤：

步骤S510：在满足下述条件的基础上，选取求得的多个值中的最小值，并且将与最小值对应的数量选择为目标数量；

其中，所计算出的目标数量所对应的每块空域的作用距离均大于等于每块空域的实际距离。

其中，目标数量所对应的所有空域的展宽后的波束宽度之和大于等于俯仰角最大值与最小值的差。

需要理解的是，选取目标优化函数求得的多个值中的最小值通过下述表达式实现：

其中，R

进一步的，本示例实施方式中，还提供了一种雷达。包括：

雷达根据上述实施例中任一项的确定雷达的最优搜索波束参数的方法来生成最优搜索波束参数。

需要理解的是，其中确定雷达生成最优搜索波束参数的具体方式已经在有关该确定雷达的最优搜索波束参数的方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

下面通过举例仿真，对本发明的技术效果进行说明。

仿真1，全空域作用距离仿真分析

仿真条件：

设置基本探测指标：目标雷达散射截面积σ＝0.1m

仿真结果和分析：

参考图5所示，俯仰波束在0°～60°范围内快速扫描，雷达能够对高度15km以下的飞机、导弹等目标进行搜索。则整个空域的作用范围，图中z轴为高度，黑色横线为高度15km线。可见俯仰角不同，雷达作用距离不同，因此需要设计不同的搜索波束。

仿真2，求解最优搜索波束参数

仿真条件：同仿真1的仿真条件。

仿真结果和分析：

参考图6所示，俯仰波束在0°～60°范围内快速扫描，雷达能够对高度15km以下的飞机、导弹等目标进行搜索。旋转速度4s/r，方位维的波束宽度为2°，波束驻留时间为22.2ms，俯仰维的波束宽度为2°。空域分区如图6，最优搜索波束参数见表1，空域搜索仰角发射10个波束，每个仰角波束分为远区探测和近程补盲，满足高度以及俯仰空域覆盖要求，图中黑色横线为15km飞行高度线。各波位包括远区探测(长)脉冲和近程补盲(短)脉冲，长、短脉冲脉间组合发射，长、短脉冲载频相差4个频点。搜索各波束参数见表1，波位的总驻留时间为20.9ms<22.2ms，总覆盖角61°。

可见搜索各波束参数满足设计指标。

仿真3，雷达威力分析

仿真条件：雷达见探测指标见仿真1的仿真条件。P＝41dB为发射机的峰值功率，N＝2400，单通道功率5W；频点f＝[8,9,10]GHz；发射天线增益G

仿真结果和分析：

雷达方程计算如下：

参考图7所示，不同频点下雷达威力计算结果。可见最低频点处，也满足60km的探测指标，且覆盖需要搜索到的区域。

表1

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。作为模块或单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现木公开方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被例如处理器执行时可以实现上述任意一个实施例中确定雷达的最优搜索波束参数的方法的步骤。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述控制方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。

参考图8所示，描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品800，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

所述计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。