本發(fā)明涉及一種特種T字型二維頻相掃小目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

三坐標(biāo)雷達(dá)作為近程防空系統(tǒng)中的骨干雷達(dá)，其體制可分為固定多波束(疊層多波束和合成多波束)體制、一維電掃(頻掃、相掃)體制和二維相掃(相控陣)體制三類?，F(xiàn)代所謂的一維相掃雷達(dá)，一般歸于三坐標(biāo)雷達(dá)，二維相掃雷達(dá)一般稱為相控陣。傳統(tǒng)二維電掃相控陣?yán)走_(dá)在設(shè)計(jì)A顯顯示內(nèi)容時(shí)，有的采用一次信息跟蹤數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)量大，使信號(hào)處理受限，導(dǎo)致A顯顯示回波范圍很??；有的采用一次信息搜索數(shù)據(jù)，雖能夠顯示全距離回波，但方位和俯仰上信息在A顯上疊加，導(dǎo)致在A顯上難以確定回波的具體位置。相比傳統(tǒng)的單脈沖測(cè)量跟蹤雷達(dá)，相控陣?yán)走_(dá)在不失高精度測(cè)量能力的基礎(chǔ)上同時(shí)可以具備多目標(biāo)跟蹤能力、大動(dòng)態(tài)范圍、自主捕獲能力。相控陣?yán)走_(dá)包含信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理兩大重要組成部分。信號(hào)處理作為雷達(dá)探測(cè)信息的前端處理，在雜波、噪聲、有源或無(wú)源干擾的復(fù)雜環(huán)境中獲取目標(biāo)的距離、角度及運(yùn)動(dòng)信息；數(shù)據(jù)處理則可看作探測(cè)信息的后續(xù)處理，其利用信號(hào)處理獲取的信息對(duì)目標(biāo)位置、運(yùn)動(dòng)參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、平滑、預(yù)測(cè)、跟蹤、互聯(lián)等運(yùn)算，并形成目標(biāo)軌跡。相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)先是由常規(guī)雷達(dá)中的方位、俯仰二維旋轉(zhuǎn)天線升級(jí)為一維相控陣?yán)走_(dá)。一維相控陣在俯仰向上實(shí)現(xiàn)相掃，但在方位上仍然依賴機(jī)掃。隨著科技的進(jìn)步，二維相控陣?yán)走_(dá)實(shí)現(xiàn)了俯仰和方位上的二維相掃，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多目標(biāo)的電子掃描跟蹤，具備單脈沖跟蹤測(cè)量雷達(dá)的全部特性，可以達(dá)到高精度的測(cè)量和穩(wěn)定跟蹤；其波束掃描具有無(wú)慣性捷變能力使得相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)響應(yīng)極快，同時(shí)能夠以很高的角加速度跟蹤目標(biāo)的變化；此外在雷達(dá)資源有限的情況下，以調(diào)整駐留時(shí)間、脈沖照射數(shù)和數(shù)據(jù)率等方式來(lái)分配資源可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的測(cè)量跟蹤優(yōu)化，快速波束掃描和波束形成能力以及雷達(dá)波形捷變使得捕獲能力更強(qiáng)。

“高射炮打蚊子”歷來(lái)被認(rèn)為是一件大材小用，力不從心的荒唐事。然而，美軍及其盟友在伊拉克和阿富汗戰(zhàn)局中卻迫切需要用高射炮來(lái)打“蚊子”了。當(dāng)然，此“蚊子”是那些在戰(zhàn)場(chǎng)上空高速飛行的各種炮彈。與傳統(tǒng)的空中目標(biāo)飛機(jī)相比，稱其為“蚊子”毫不為過(guò)，因?yàn)橐l(fā)現(xiàn)一枚迎面來(lái)襲的60毫米迫擊炮彈意味著雷達(dá)必須能夠在4～5公里的距離上探測(cè)到0.001平方米大小的目標(biāo)，飛行中的小鳥(niǎo)甚至昆蟲(chóng)都可能亂真，要截?fù)暨@些“蚊子”實(shí)則不易?；鹋跉v來(lái)是戰(zhàn)場(chǎng)上最具威脅的殺傷手段，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在第二次世界大戰(zhàn)中有80％的傷亡是炮火導(dǎo)致的。而C-RAM則是近年來(lái)涌現(xiàn)的一個(gè)新概念。C-RAM是“反火箭炮、火炮和迫擊炮”的英文縮寫(xiě)，C-RAM系統(tǒng)要求雷達(dá)天線波束具有半球覆蓋的特性，可以采用的天線有圓錐臺(tái)、圓柱加頂錐、多棱錐、多面陣等結(jié)構(gòu)形式。目前美陸軍所使用的C-RAM系統(tǒng)主要依靠動(dòng)能武器攔截來(lái)襲炮彈，雖然可解燃眉之急，但仍有其先天不足，不僅攔截概率僅70％左右，而且依然存在附帶損傷的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在提供一種能夠提高雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率和改善低空探測(cè)性能，并能提高抗干擾能力和可靠性性能，可變組陣的二維頻相掃小目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)。

本發(fā)明的上述目的可通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到：一種二維頻相掃小目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)，包括：雷達(dá)陣列天線陣面、T/R組件、微波網(wǎng)絡(luò)、前級(jí)、接收機(jī)、頻率合成器、波控器、信號(hào)處理器、時(shí)序及定時(shí)發(fā)生器、終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)和模塊化電源，其特征在于：雷達(dá)天線陣面采用水平子陣和垂直子陣構(gòu)成的T字正交型全相參二維頻相掃三坐標(biāo)體制可變組陣架構(gòu)，其中，水平子陣的天線和垂直子陣的天線分別從各自T/R組件連接各自的微波網(wǎng)絡(luò)，微波網(wǎng)絡(luò)通過(guò)n路通道連接接收機(jī)，接收機(jī)通過(guò)信號(hào)處理器連接終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)一方面通過(guò)時(shí)序及定時(shí)發(fā)生器經(jīng)波控器將控制信息發(fā)送至T/R組件，另一方面通過(guò)時(shí)序及定時(shí)發(fā)生器控制頻率合成器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)前級(jí)送入微波網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)T組件至天線向指定探測(cè)空域輻射波束，控制陣列中的R組件接收發(fā)射指定的雷達(dá)回波，雷達(dá)回波經(jīng)每列R組件放大后經(jīng)微波網(wǎng)絡(luò)送入接收機(jī)進(jìn)行二次混頻放大、A/D變換，通過(guò)信號(hào)處理器脈壓、FFT及恒虛警等作目標(biāo)檢測(cè)，終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)水平子陣和垂直子陣數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)的方位、俯仰更高的測(cè)角精度。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：

1)具備搜索、截獲和跟蹤多功能，以及良好的抗干擾能力和高可靠性能。本發(fā)明采用了特種T字正交型的二維電掃三坐標(biāo)體制，水平子陣和垂直子陣均采用二維頻相掃體制，使得雷達(dá)可以使用靈活的電子掃描、先進(jìn)的功率管理和信號(hào)處理數(shù)據(jù)處理技術(shù)，帶來(lái)了很多卓越的性能。與常規(guī)體制雷達(dá)相比，采用特種T字正交型可利用多極化方式、多頻點(diǎn)、信息融合來(lái)提高雷達(dá)的抗干擾能力和可靠性性能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了多功能和多目標(biāo)搜索、跟蹤等能力，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多目標(biāo)的攔截。T字型二維頻相掃小目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)，既具有獨(dú)立作戰(zhàn)能力，同時(shí)亦可融入己方防空預(yù)警探測(cè)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)帶有與上級(jí)指揮中心及其他炮位偵察雷達(dá)、防空雷達(dá)及與雷達(dá)本體安裝在一起的光電系統(tǒng)的空情信息接口，通過(guò)對(duì)目標(biāo)信息的融合處理，可以獲得更高的對(duì)目標(biāo)狀態(tài)和屬性估計(jì)的能力。

2)提高發(fā)現(xiàn)概率和改善低空探測(cè)性能，具備對(duì)低空RAM類小目標(biāo)強(qiáng)大的探測(cè)能力。本發(fā)明采用系統(tǒng)內(nèi)、外兩類高精度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)融合，包括本雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)多天線、多極化、多頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)融合，以及本系統(tǒng)與其他傳感器間的多傳感器數(shù)據(jù)融合。通過(guò)數(shù)據(jù)融合處理，改善對(duì)低空RAM類小目標(biāo)探測(cè)性能，進(jìn)一步提高發(fā)現(xiàn)概率并獲得對(duì)目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤，從而有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精確跟蹤和打擊。

3)通過(guò)多個(gè)T字型單陣組合實(shí)現(xiàn)不同空域覆蓋，應(yīng)用靈活。本發(fā)明采用方位、俯仰全電掃輕便設(shè)計(jì)，各組成部分均模塊化，通過(guò)改變天線單元放置方式可形成單陣、多陣等靈活多變的組合方式。可組成“形”、“形”、“形”、“形”、“形”等多種組合形式的單陣。多個(gè)單陣組合形式的可變組陣，可以覆蓋方位60°、120°、180°、240°甚至360°空域。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明二維頻相掃小目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)的工作原理框圖。

圖2是本發(fā)明水平子陣和垂直子陣多種組合形式的實(shí)施例示意圖。

圖3是本發(fā)明可變組陣實(shí)施例示意圖。

具體實(shí)施方式

參閱圖1。在以下描述的實(shí)施例中，二維頻相掃小目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)主要由陣列天線、T/R組件、微波網(wǎng)絡(luò)、前級(jí)、接收機(jī)、頻率合成器、波控器、信號(hào)處理器、時(shí)序及定時(shí)發(fā)生器、終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)和模塊化電源組成。終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)為雷達(dá)系統(tǒng)工作提供人機(jī)界面，具有跟蹤和處理多批機(jī)動(dòng)目標(biāo)的功能，完成搜索和跟蹤等雷達(dá)事件的調(diào)度功能，可自適應(yīng)地改變雷達(dá)的有關(guān)技術(shù)參數(shù)，有效的對(duì)雷達(dá)的工作參數(shù)和工作模式進(jìn)行合理的控制與安排，適應(yīng)變化的環(huán)境，經(jīng)信號(hào)處理器處理的數(shù)據(jù)完成對(duì)目標(biāo)的建航、編目、預(yù)測(cè)、識(shí)別等多種任務(wù)。模塊化電源為雷達(dá)系統(tǒng)工作提供所需的電源。

二維頻相掃小目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)是一部完成對(duì)空目標(biāo)搜索、截獲和跟蹤，提供目標(biāo)距離、仰角、方位、強(qiáng)度及屬性等信息的三坐標(biāo)、全相參二維電掃雷達(dá)系統(tǒng)。雷達(dá)天線陣面采用水平子陣和垂直子陣構(gòu)成的T字正交型全相參二維頻相掃三坐標(biāo)體制可變組陣架構(gòu)，水平子陣和垂直子陣均采用二維頻相掃體制，且水平子陣與垂直子陣兩者線路與結(jié)構(gòu)完全相同。水平子陣和垂直子陣分別從各自T/R組件連接各自的微波網(wǎng)絡(luò)，微波網(wǎng)絡(luò)通過(guò)n路通道連接接收機(jī)，接收機(jī)通過(guò)信號(hào)處理器連接終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)前級(jí)、頻率合成器連接于終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其中，微波網(wǎng)絡(luò)連接T/R組件、前級(jí)和接收機(jī)，主要實(shí)現(xiàn)由前級(jí)至T/R組件發(fā)射信號(hào)的功分及目標(biāo)反射信號(hào)的合成至接收機(jī)。頻率合成器連接前級(jí)、時(shí)序及定時(shí)發(fā)生器、接收機(jī)和終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，主要是為二維頻相掃小目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)提供高穩(wěn)定本振、相參發(fā)射激勵(lì)信號(hào)和時(shí)序及定時(shí)發(fā)生器基準(zhǔn)信號(hào)。前級(jí)連接微波網(wǎng)絡(luò)和頻率合成器，完成對(duì)頻率合成器送來(lái)的激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行脈沖放大，經(jīng)微波網(wǎng)絡(luò)為T(mén)/R組件發(fā)射支路提供足夠的激勵(lì)功率。波控器連接于T/R組件與終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間，并通過(guò)時(shí)序及定時(shí)發(fā)生器連接終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，主要功能是通過(guò)控制T/R組件的移相器和衰減器來(lái)控制天線波束指向系統(tǒng)預(yù)定的位置。終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)一方面通過(guò)時(shí)序及定時(shí)發(fā)生器經(jīng)波控器將控制信息發(fā)送至T/R組件，另一方面通過(guò)時(shí)序及定時(shí)發(fā)生器控制頻率合成器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)前級(jí)送入微波網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)T組件至天線向指定探測(cè)空域輻射波束，控制陣列中的R組件接收發(fā)射指定的雷達(dá)回波，雷達(dá)回波經(jīng)每列R組件放大后經(jīng)微波網(wǎng)絡(luò)送入接收機(jī)進(jìn)行二次混頻放大、A/D變換，通過(guò)信號(hào)處理器脈壓、FFT及恒虛警等作目標(biāo)檢測(cè)，終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)水平子陣和垂直子陣數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)的方位、俯仰更高的測(cè)角精度。

在雷達(dá)天線陣面采用T字正交型架構(gòu)中，水平子陣與垂直子陣均為二維頻相掃陣列，兩者線路與結(jié)構(gòu)完全相同，后者僅是前者翻轉(zhuǎn)90°后的形態(tài)。水平子陣方位波束寬度2°，采用相位掃描，掃描范圍60°；俯仰波束寬度5°，采用頻率掃描，掃描范圍0°～60°。垂直子陣放置方式與水平子陣不同，且正好相反，方位波束寬度5°，采用頻率掃描，掃描范圍60°；俯仰波束寬度2°，采用相位掃描，掃描范圍0°～60°。T字型二維頻相掃小目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)的水平子陣和垂直子陣即可以獨(dú)立工作，也可組合工作。以水平子陣為例，工作過(guò)程中，首先由終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)控制頻率合成器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，由微波網(wǎng)絡(luò)經(jīng)T組件至天線向指定探測(cè)空域輻射波束，其次控制陣列中的R組件接收發(fā)射指定的雷達(dá)回波，回波經(jīng)每列R組件放大后經(jīng)微波網(wǎng)絡(luò)、二次混頻放大、A/D變換后送入信號(hào)處理器。信號(hào)處理器經(jīng)脈壓、FFT及恒虛警等作目標(biāo)檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，可發(fā)射確認(rèn)波束再次判決，若為需檢測(cè)目標(biāo)，則啟動(dòng)跟蹤波束對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；若未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，則改變發(fā)射波位對(duì)既定空域掃描探測(cè)。垂直子陣的工作原理與水平子陣工作原理相同。搜索時(shí)，若可適當(dāng)降低截獲概率，從節(jié)省能量、降低輻射的角度出發(fā)可只工作水平子陣或垂直子陣，完成對(duì)既定空域的目標(biāo)探測(cè)。跟蹤時(shí)，可同時(shí)啟動(dòng)水平子陣和垂直子陣對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行照射跟蹤，由于水平子陣方位波束寬度窄角度精度高、垂直子陣俯仰波束寬度窄角度精度高，經(jīng)數(shù)據(jù)終端顯控處理系統(tǒng)對(duì)水平子陣和垂直子陣數(shù)據(jù)高精度實(shí)時(shí)融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)的方位、俯仰更高的測(cè)角精度。

參閱圖2。在二維頻相掃小目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)中，采用特種T字正交型的二維電掃三坐標(biāo)體制，各組成部分均模塊化，其中，水平子陣和垂直子陣可以各自為陣、獨(dú)立工作。也可以采用分布式組合方式，利用雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)多天線、多極化、多頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息融合，提高雷達(dá)的抗干擾能力和可靠性能，這樣就可以通過(guò)改變天線單元放置方式，組成圖a)所示水平子陣和垂直子陣極化方式相異的“形”、“形”、“形”、“形”、“形”等組陣形式；也可組成圖b)所示水平子陣和垂直子陣極化方式相同的“形”、“形”同為水平極化或垂直極化等靈活多變的組合形式，以便適應(yīng)不同安裝平臺(tái)的需求?！耙弧毙完嚵袨樗阶雨嚮騒子陣與垂直子陣或Y子陣正好翻轉(zhuǎn)90°，且水平子陣列與垂直子陣的陣列方位和俯仰電掃范圍均為60°。六個(gè)“T”字型陣列即可覆蓋方位360°，俯仰0°～60°的空域。

參閱圖3。在二維頻相掃小目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)中，可以通過(guò)不同方式的組陣，實(shí)現(xiàn)不同空域覆蓋。在采用可變組陣中，可以采用一至六個(gè)陣列組合，即可覆蓋方位60°、120°、180°、240°甚至360°，俯仰0°～60°的空域。其中，圖a)所示一個(gè)單陣可覆蓋方位60°、俯仰60°的空域。圖b)所示通過(guò)兩個(gè)單陣斜邊T字型組合，可覆蓋方位120°、俯仰60°的空域，圖c)所示三個(gè)單陣構(gòu)成的二分之一六邊形組合可覆蓋方位180°、俯仰60°的空域，依次類推，可以組成圖d)所示六個(gè)單陣組合構(gòu)成的六邊形陣列組合，實(shí)現(xiàn)全方位360°、俯仰60°空域覆蓋。

陣列天線主要由輻射單元、耦合器、慢波線及饋電網(wǎng)絡(luò)組成，連接T/R組件，將T組件輸出的射頻信號(hào)在空間形成發(fā)射波束，同時(shí)接收目標(biāo)回波至R組件。T/R組件連接陣列天線、波控器和微波網(wǎng)絡(luò)，在發(fā)射脈沖期間把通過(guò)前級(jí)經(jīng)微波網(wǎng)絡(luò)饋送來(lái)的激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行放大，由陣列天線向空間輻射，在接收期間經(jīng)陣列天線把目標(biāo)的反射回波信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大接收。接收機(jī)連接微波網(wǎng)絡(luò)、頻率合成器和信號(hào)處理器，將來(lái)自微波網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)進(jìn)行靈敏度時(shí)間控制、放大、濾波，下變頻處理至中頻，中頻信號(hào)放大、數(shù)控衰減、濾波后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣變換為數(shù)字信號(hào)，再送到現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列進(jìn)行數(shù)字下變頻處理，輸出的數(shù)字I/Q信號(hào)通過(guò)小型可插拔光收發(fā)一體模塊轉(zhuǎn)換后，經(jīng)光纖送給信號(hào)處理器。信號(hào)處理器連接接收機(jī)、時(shí)序和定時(shí)發(fā)生器和終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，由光纖數(shù)字合成單元、多波束形成與處理單元組成，接收接收機(jī)輸出的信號(hào)，經(jīng)光纖數(shù)字合成單元合成送入波束形成單元進(jìn)行通道幅相校正系數(shù)計(jì)算、自適應(yīng)波束形成權(quán)值計(jì)算完成通道的幅相校正、波束形成，數(shù)據(jù)經(jīng)打包、分發(fā)送到信號(hào)處理板，完成數(shù)據(jù)的脈沖壓縮、FIR濾波、恒虛警等功能后送至終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)。時(shí)序和定時(shí)發(fā)生連接于波控器、頻率合成器、信號(hào)處理器和終端顯控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間，主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生系統(tǒng)工作時(shí)序，及水平子陣和垂直子陣兩個(gè)陣列之間的同步信號(hào)。