一種相控陣?yán)走_(dá)搜索捕獲目標(biāo)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及相控陣跟蹤雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及相控陣衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)搜索/ 捕獲的方法，以此過(guò)渡到穩(wěn)定跟蹤階段。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，移動(dòng)通信的不斷發(fā)展，通信系統(tǒng)對(duì)通信距離和范圍的要求越來(lái)越高。移動(dòng) 衛(wèi)星通信系統(tǒng)成為一種機(jī)動(dòng)通信的良好手段，可用于汽車，火車，艦船，飛機(jī)，導(dǎo)彈等各種移 動(dòng)載體上，因其覆蓋范圍廣、對(duì)地域要求不敏感、通信容量大等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于軍 事和民用的多個(gè)領(lǐng)域。移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是天線穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)。
[0003] 有源相控陣天線具有波束快速掃描的能力，采用電子移相方式控制波束方向，能 夠克服機(jī)械掃描天線波束指向轉(zhuǎn)換的慣性及由此對(duì)系統(tǒng)性能的限制。避免傳統(tǒng)的機(jī)械雷達(dá) 天線的機(jī)械伺服機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度較慢，跟不上載體的姿態(tài)和地理位置變化，使得在動(dòng)態(tài)情 況下天線的指向偏離衛(wèi)星，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降或者造成通信中斷的情況。
[0004] 跟蹤雷達(dá)是指那些能夠自動(dòng)連續(xù)的對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，不斷地對(duì)目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行精確 測(cè)量并能輸出目標(biāo)坐標(biāo)位置參數(shù)的雷達(dá)，連續(xù)閉環(huán)式自動(dòng)跟蹤、目標(biāo)坐標(biāo)參數(shù)的高精度測(cè) 量及高數(shù)據(jù)輸出率是目標(biāo)跟蹤的主要特點(diǎn)。單脈沖雷達(dá)跟蹤精度高，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，數(shù)以典型的 高精度跟蹤雷達(dá)都選用單脈沖體制。
[0005] 衛(wèi)星通信相控陣天線自跟蹤系統(tǒng)，主要包括接收天線陣列、發(fā)射天線陣列、射頻前 端模塊、自跟蹤基帶處理單元、波束引導(dǎo)控制單元、外部時(shí)鐘和電源等部分。自跟蹤接收系 統(tǒng)通過(guò)將天線陣列劃分成4個(gè)子陣。各天線單元的信號(hào)合成四個(gè)子陣，進(jìn)行4路A/D變 換，4路子陣信號(hào)經(jīng)模擬下變頻變?yōu)橹蓄l信號(hào)并經(jīng)ADC采樣后，首先由預(yù)處理模塊完成復(fù)信 號(hào)產(chǎn)生、通道校正等處理工作。然后進(jìn)入搜索捕獲狀態(tài)，根據(jù)載體平臺(tái)提供的引導(dǎo)信息完成 衛(wèi)星信號(hào)的搜索捕獲。捕獲成功后系統(tǒng)進(jìn)入自跟蹤狀態(tài)，通過(guò)角度測(cè)量和跟蹤濾波等處理 使得天線波束自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)接收陣列波束對(duì)衛(wèi)星的自動(dòng)跟蹤。跟蹤濾波過(guò)程中將實(shí) 時(shí)檢測(cè)目標(biāo)是否跟丟，判定為跟丟后則重新轉(zhuǎn)入搜索捕獲狀態(tài)。
[0006] 由于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)備獲得的衛(wèi)星位置預(yù)報(bào)信息和實(shí)際目標(biāo)難免存在一定的角度誤 差，需要雷達(dá)在一定范圍內(nèi)進(jìn)行搜索捕獲過(guò)程，減小與目標(biāo)位置之間的角度誤差滿足天線 的跟蹤環(huán)路跟蹤狀態(tài)條件。對(duì)于搜索捕獲過(guò)程，一般的搜索捕獲就是通過(guò)門(mén)限檢測(cè)和判 決，一種典型的技術(shù)是設(shè)置合適的門(mén)限，使得門(mén)限電壓足夠高，以防止大多數(shù)噪聲尖峰超過(guò) 門(mén)限，可是又要低的足以讓弱信號(hào)通過(guò)，只是有的做了兩次或多次判決確認(rèn)，而本發(fā)明借助 了閉環(huán)式跟蹤濾波方法，運(yùn)用了角度測(cè)量以及跟蹤濾波，使得捕獲過(guò)程有一個(gè)收斂的過(guò)程， 更穩(wěn)定，整個(gè)算法簡(jiǎn)易穩(wěn)定，具有較高的搜索速度，可以運(yùn)用到高速的移動(dòng)平臺(tái)的自跟蹤系 統(tǒng)，保證自跟蹤的準(zhǔn)確性。
[0007] 跟蹤濾波技術(shù)是跟蹤系統(tǒng)的核心。國(guó)內(nèi)外對(duì)該項(xiàng)技術(shù)也開(kāi)展了深入研宄。卡爾曼 (Kalman)用狀態(tài)方程來(lái)描述隨機(jī)線性系統(tǒng)，提出了卡爾曼濾波算法。該算法同時(shí)適用于平 穩(wěn)和非平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。卡爾曼濾波在線性系統(tǒng)中是最優(yōu)的估計(jì)方法，但卡爾曼濾波需要實(shí) 時(shí)求解增益矩陣，涉及到較復(fù)雜的矩陣求逆過(guò)程，為算法的工程實(shí)現(xiàn)增加了難度，針對(duì)非線 性系統(tǒng)，基于將非線性方程進(jìn)行線性近似的思想，提出了擴(kuò)展卡爾曼濾波等非線性濾波算 法。但這類算法容易發(fā)散，工程應(yīng)用受到限制。不敏卡爾曼濾波和粒子濾波兩種較新的非 線性濾波算法，但這些方法目前尚處于理論研宄階段，工程上難以實(shí)現(xiàn)。工程上通常采用 α - β濾波算法，該算法是一種常增益的濾波方法，該方法避免了卡爾曼濾波中復(fù)雜的增益 矩陣求解問(wèn)題，易于實(shí)現(xiàn)，因而在工程上獲得了較多應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供了一種基于類單脈沖和差比幅測(cè)角的相控陣?yán)走_(dá)搜索捕獲方法，該方 法與傳統(tǒng)的搜索捕獲方法相比，一般的搜索捕獲通過(guò)門(mén)限檢測(cè)和判決，只是有的做了兩次 或多次判決確認(rèn)，而本方法借助了角度跟蹤濾波，在搜索過(guò)程通過(guò)門(mén)限檢測(cè)到信號(hào)后，進(jìn)行 類單脈沖和差比幅測(cè)角和α-β濾波的閉環(huán)跟蹤過(guò)程使得捕獲過(guò)程有一個(gè)收斂的過(guò)程，使 得捕獲更穩(wěn)定可靠。
[0009] 本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案：
[0010] 一種相控陣?yán)走_(dá)搜索捕獲目標(biāo)的方法，其流程如圖1所示，具體包括以下步驟：
[0011] 步驟1.相控陣?yán)走_(dá)子陣劃分；
[0012] 將相控陣?yán)走_(dá)天線陣列劃分成四個(gè)子陣，分別記為子陣1、子陣2、子陣3及子陣 4 ；
[0013] 步驟2.設(shè)定能量檢測(cè)門(mén)限Et;
[0014] 記Ii1 (η)、η2 (η)、η3(η)、η4(η)分別為所述四個(gè)子陣均未接收到捕獲目標(biāo)的信號(hào)時(shí) 相應(yīng)的輸出信號(hào)，則此時(shí)合成信號(hào)記為ηΣ= n Jn)+]!?+]!?+]!? ;由此得噪聲總能 量：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種相控陣?yán)走_(dá)搜索捕獲目標(biāo)的方法，具體包括以下步驟： 步驟1.相控陣?yán)走_(dá)子陣劃分； 將相控陣?yán)走_(dá)天線劃分成四個(gè)子陣，分別記為子陣1、子陣2、子陣3及子陣4 ; 步驟2.設(shè)定能量檢測(cè)門(mén)限Et; 記ni (n)、n2 (n)、n3 (n)、n4 (n)分別為所述四個(gè)子陣均未接收到捕獲目標(biāo)的信號(hào)時(shí)相應(yīng) 的輸出信號(hào)，則此時(shí)合成信號(hào)記為=ni(n) +n2 (n) +n3 (n) +n4 (n)，由此得噪聲總能量：
求解所述噪聲總能量的均值以及方差。s，得能量檢測(cè)門(mén)限￡,zAA+Ayr，其中k:G[1. 0, 1. 2],k2G[4, 5]； 步驟3.目標(biāo)搜索過(guò)程；從載體平臺(tái)提供的引導(dǎo)信息獲得目標(biāo)的初始位置后，控制相控 陣?yán)走_(dá)天線的波束位置指向該初始位置，并以該初始位置為中心進(jìn)行波束搜索；波束搜索 具體采用以下方式進(jìn)行： 步驟3-1.構(gòu)建兩種不同范圍的用于波束搜索的波位排列，分別記為排列1、排列2 ; 所述排列1包括5個(gè)波位：中心波位1，分別位于中心波位1的左上方、右上方、左下方 及右下方的波位2、3、4及波位5 ;所述中心波位1與波位2、3、4、5相交疊，所述排列1中波 位2、3、4、5的中心均與波位1的中心相距半個(gè)波束寬度； 所述排列2包括呈九宮格排列的九個(gè)波位：波位1位于九宮格中心，所述九宮格第一排 由左至右分別為波位2、3及波位4，波位1的左、右分別為波位5、波位6，九宮格第三排由左 至右分別為波位7、8、9 ;排列2中左右或