基于FDA-DBF复合双基地雷达体制目标搜索方法

技术领域

本发明属于雷达装备技术领域，涉及基于FDA-DBF复合双基地雷达体制目标搜索方法。

背景技术

随着信息技术的发展，雷达信号的处理方式实现了由模拟信号向数字信号的转变。在数字信号处理的基础上，数字波束形成(Digital Beam Formation，DBF)技术针对阵列天线，通过对数字信号的处理，在期望的方向上形成接收波束。借助DBF技术，在数字阵列雷达接收端同时形成多个波束，实现对多个方向的目标回波信号的接收。

频控阵(Frequency Diverse Array，FDA)作为一种新体制阵列，其本质是在每一个发射阵元中引入一个远小于信号载频的频率偏移。发射频偏的引入使频控阵雷达的发射波束能够在空间中实现快速自动扫描。因此，将FDA应用于双基地雷达的发射站，能够实现对扫描空域的覆盖，提升双基地雷达系统的搜索和空间同步能力。

与单基地雷达相比，双基地雷达具有反隐身、抗干扰、抗ARM的优势，但双基地雷达需要解决时间同步、频率同步和空间同步等技术问题，目前时间同步和频率同步已经得到了较好的解决，而空间同步带来的搜索效率低的问题始终制约着双基地雷达技术的发展。

发明内容

本发明的目的是提供基于FDA-DBF复合双基地雷达体制目标搜索方法，解决了现有技术中存在的目标搜索效率较低的问题。

本发明所采用的技术方案是，基于FDA-DBF复合双基地雷达体制目标搜索方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、建立双基地雷达模型；

步骤2、在步骤1双基地雷达模型中采用连续波FDA阵列雷达模型；

步骤3、实现双基地雷达时间、频率同步；

步骤4、在步骤1双基地雷达模型中的运用DBF技术，在任务空域同时形成多波束接收，并运用同时多波束法，实现接收波束与发射波束的“空间同步”；

步骤5、在双基地雷达实现“时间同步”“频率同步”“空间同步”的基础上，完成对空域内目标的搜索。

本发明的特点还在于，

步骤1具体按照以下步骤实施：建立的双基地雷达模型包括双基地雷达接收模块和双基地雷达发射模块，通过双基地雷达收发分置，雷达接收机和发射机之间距离为L，两者确定平面XOY，且X轴、Y轴分别指向正北、正东方向；利用X轴和Y轴的右手定则确定Z轴指向；用T、R、P分别表示雷达发射机、接收机及目标，则三者坐标分别表示为T(x

步骤2通过在双基地雷达模型中的双基地雷达发射模块采用LFM连续波信号，并在阵元间引入频偏。

步骤2具体步骤为：

设基准阵元m＝0时，频率为f

f

第m个阵元的发射信号为：

式中，S

则在距离R，角度θ处的远场观测点，发射信号为：

化简为：

则FDA，在观测点(R,θ)处的发射信号S

式中，M为阵元总数，d为阵元间间距，Δf为阵元间频偏；

计算LFM连续波信号，LFM连续波信号实现雷达波束指向随时间改变，实现对全空域的监视；

LFM连续波信号为：

对发射信号强度取模，得到FDA信号强度B：

式中，u(t)代表信号的包络，

FDA进行自主扫描，达到对全空域的监视目的。

步骤2还包括：

当B(r,θ,t)达到最大值时，有

得到FDA扫描角度随时间的变化关系式：

对时间t求导可得：

通过改变f

步骤3将超级原子钟作为雷达收、发两站时间同步的时钟基准，实现双基地雷达收发两站之间的时间同步；同时使两站实现频率同步。

步骤4将各接收阵元对于远场信号的接收，存在传播路径差dsinθ，相位差为：

则第m个接收阵元接收(R,θ)处的信号为：

M个接收阵元接收的信号总和为：

改变接收阵元间配相

本发明的有益效果是：本发明基于FDA-DBF复合双基地雷达体制目标搜索方法，利用FDA连续波雷达的波束持续快速扫描特性，实现雷达波束在空域内的自动快速扫描；采用双基地的雷达模式，在解决连续波雷达收发隔离问题的同时，发挥了双基地雷达隐身目标探测、抗主瓣干扰等优势；依靠DBF技术，采用同时多波束法解决双基地雷达中的“空间同步”问题。最后高效实现空域内的目标搜索。

附图说明

图1是本发明实施例3建立的的双基地雷达三维模型图；

图2是本发明实施例3的双基地雷达二维简化模型图；

图3是本发明实施例3的FDA结构图；

图4是本发明实施例3的FDA信号强度图；

图5是本发明实施例3的接收阵列结构图；

图6(a)是本发明实施例3中二维波束形成图；

图6(b)是本发明实施例3中三维波束形成图；

图7是本发明实施例3中的双基地雷达“空间同步”示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

本发明基于FDA-DBF复合双基地雷达体制目标搜索方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、建立双基地雷达模型；

步骤2、在步骤1双基地雷达模型中采用连续波FDA阵列雷达模型；

步骤3、实现双基地雷达时间、频率同步；

步骤4、在步骤1双基地雷达模型中的运用DBF技术，在任务空域同时形成多波束接收，并运用同时多波束法，实现接收波束与发射波束的“空间同步”；

步骤5、在双基地雷达实现“时间同步”“频率同步”“空间同步”的基础上，完成对空域内目标的搜索。

实施例2

本发明基于FDA-DBF复合双基地雷达体制目标搜索方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、建立双基地雷达模型，建立的双基地雷达模型包括双基地雷达接收模块和双基地雷达发射模块；

步骤2、在步骤1双基地雷达模型中的双基地雷达发射模块采用连续波FDA阵列雷达模型；

步骤3、实现双基地雷达时间、频率同步；将超级原子钟作为雷达收、发两站时间同步的时钟基准，实现双基地雷达收发两站之间的时间同步；同时使两站实现频率同步；

步骤4、在步骤1双基地雷达模型中的双基地雷达接收模块运用DBF技术，并运用同时多波束法，实现接收波束与发射波束的“空间同步”；

步骤5、在双基地雷达实现“时间同步”“频率同步”“空间同步”的基础上，完成对空域内目标的搜索。

实施例3

本发明基于FDA-DBF复合双基地雷达体制目标搜索方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、建立双基地雷达模型；

建立的双基地雷达模型包括双基地雷达接收模块和双基地雷达发射模块，三维模型图如图1所示，二维简化模型，如图2所示；通过双基地雷达收发分置，雷达接收机和发射机之间距离为L，两者确定平面XOY，且X轴、Y轴分别指向正北、正东方向；利用X轴和Y轴的右手定则确定Z轴指向；用T、R、P分别表示雷达发射机、接收机及目标，则三者坐标分别表示为T(x

步骤2、在步骤1双基地雷达模型中采用连续波FDA阵列雷达模型；

在双基地雷达模型中的双基地雷达发射模块采用LFM连续波信号，并在阵元间引入频偏，均匀线阵FDA雷达结构，如图3所示；

设基准阵元m＝0时，频率为f

f

第m个阵元的发射信号为：

式中，S

则在距离R，角度θ处的远场观测点，发射信号为：

化简为：

则FDA，在观测点(R,θ)处的发射信号S

式中，M为阵元总数，d为阵元间间距，Δf为阵元间频偏；

计算LFM连续波信号，LFM连续波信号实现雷达波束指向随时间改变，实现对全空域的监视；

LFM连续波信号为：

对发射信号强度取模，得到FDA信号强度B：

式中，u(t)代表信号的包络，

对FDA的信号强度进行了仿真，如图4所示，仿真结果表明FDA的波束指向角θ随时间t发生改变，即FDA进行自主扫描，达到对全空域的监视目的。

当B(r,θ,t)达到最大值时，有

得到FDA扫描角度随时间的变化关系式：

对时间t求导可得：

通过改变f

步骤3、实现双基地雷达时间、频率同步；

将超级原子钟作为雷达收、发两站时间同步的时钟基准，实现双基地雷达收发两站之间的时间同步；同时使两站实现频率同步。

不依赖光纤的架设，不受限于北斗卫星系统，且工作稳定性好，经过了靶场试验的验证。

步骤4、在步骤1双基地雷达模型中的双基地雷达接收模块运用DBF技术，在任务空域同时形成多波束接收，并与发射波束实现“空间同步”。

接收阵元结构如图5所示，各接收阵元对于远场信号的接收，存在传播路径差dsinθ，相位差为：

则第m个接收阵元接收(R,θ)处的信号为：

M个接收阵元接收的信号总和为：

改变接收阵元间配相

运用DBF技术，将模拟信号转变为数字信号，在接收机中按照一定算法准则，即在空中同时形成多个接收波束，用于信号接收。

如图6(a)和图6(b)所示，展示同时多波束示意图，如图7所示，运用同时多波束实现发射波束与接收波束的“空间同步”。在时间同步脉冲的驱动下，接收基站在相对应的空间指向上，同时形成多个相邻的波束，通过控制同时波束的个数、波束宽度等参量，接收有效作用距离范围内的任意距离段上可能出现的目标回波信号，使收、发波束同时照射目标的空间位置，实现双基地雷达定位及跟踪的功能。

步骤5、在双基地雷达实现“时间同步”、“频率同步”、“空间同步”的基础上，完成对空域内目标的搜索。

本发明基于FDA-DBF复合双基地雷达体制目标搜索方法，在双基地雷达的结构基础上，将FDA和DBF相结合，雷达发射端采用FDA阵列，利用其发射波束的自动扫描特性来实现对空域内的自动扫描和搜索；雷达接收端则使用数字阵列，并结合DBF技术，在任务空域同时形成多个接收波束，实现与发射波束的“空间同步”，从而改善双基地雷达空域搜索效率低的问题。