CN103869309A - 方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容方法及系统。采用X圈目标监视模式和一圈气象探测模式相互交替的方式执行,有效解决了目标监视功能要求的高扫描数据率和气象探测功能要求的长驻留时间之间的矛盾。在此基础上,基于时分复用思想,针对速度谱宽较小的气象探测,设计了一种时分多路快速扫描模式,根据天线方向图优化波位设置,并采用相邻脉冲在不同波位间隔发射的方法,进一步缓解了气象探测时驻留时间紧张的问题,同时提高了本发明的全空域气象基数据的更新率。
Description
技术领域
本发明涉及相控阵雷达技术领域,特别涉及一种方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测的兼容方法及系统。
背景技术
目标监视雷达要求全空域扫描速率很高,比如在空中交通管理领域应用时,数据率需达到4s~10s才能满足民航飞行间隔控制所需的误差要求,保障飞行安全。因此,单面旋转相控阵雷达须在规定时间内完成一次体扫描,驻留时间很短。但是,气象反射率因子是用足够数目的不相关样本进行功率平均,然后通过气象雷达方程推算得到的,雷达驻留时间足够长才能满足估计精度要求。径向风速和速度谱宽是利用多个样本间的相位关系推导而来,同样要求有足够多的样本参加计算。与反射率因子估计采用不相关样本不同,径向风速和速度谱宽估计要求相邻样本间存在强相关性。因此,若要目标监视与气象探测兼容,既需要保证驻留时间设计兼顾目标监视和气象探测功能,还要保证气象模式下相邻脉冲相关性设计满足不同基数据估计要求,是本领域目前的技术难题。
目前对相控阵雷达增加气象探测功能的研究一般基于两维相位扫描的相控阵雷达平台,由于波束可在方位和俯仰自由调度,其工作模式设计灵活,易于实现目标监视和气象探测兼容。针对民用领域的应用,方位旋转相控阵雷达具有低成本优势,在该平台上增加气象探测功能更具实用价值。但是方位旋转相控阵雷达仅在俯仰相位扫描,波束调度自由度降低,兼容工作模式设计难度显著增加。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道,也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足,提供了一种方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容方法,有效解决了目标监视功能要求的高扫描数据率和气象探测功能要求的长驻留时间之间的矛盾,实现了目标监视与气象探测两种功能兼容。本发明通过以下技术方案实现:
一种方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容方法,其特征在于,包括:采用X圈目标监视与一圈气象探测交替执行,X大于等于1;
其中,在执行气象探测时,在所需探测的每一方位上分配驻留时间,在该驻留时间内对每一方位采用时分多路扫描的方法,包括:先控制方位旋转相控阵雷达的波束在一方位上从第一波位至第N波位分别依次发射一个脉冲,然后调度方位旋转相控阵雷达的波束至第一波位,从第一波位至第N波位分别依次发射第二个脉冲,如此循环执行,直至在方位上所分配的驻留时间结束,方位旋转相控阵雷达转至下一方位重复执行时分多路扫描的方法。
较佳的,每一波位的中心仰角都不在其他波位的俯仰波束方向图的强副瓣区,以避免旁瓣二次回波的干扰。
本发明针对现有技术存在的上述不足,还提供了一种方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容系统,有效解决了目标监视功能要求的高扫描数据率和气象探测功能要求的长驻留时间之间的矛盾,实现了目标监视与气象探测两种功能兼容。本发明通过以下技术方案实现:
一种方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容系统,包括:
资源管理模块,用以切换方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容系统的工作模式,工作模式包括:采用X圈目标监视与一圈气象探测交替执行的目标监视与气象探测兼容模式,X大于等于1;
波形发生器,连接资源管理模块,用以根据资源管理模块的控制产生脉冲;
波控设备,连接资源管理模块,用以根据资源管理模块的控制调整方位旋转相控阵雷达的俯仰波束方向;
其中,在执行气象探测时,资源管理模块在所需探测的每一方位上分配驻留时间,由波控设备调度波束在驻留时间内对每一方位采用时分多路扫描的方法,包括:先控制方位旋转相控阵雷达的波束在一方位上从第一波位至第N波位分别依次发射一个脉冲,然后调度方位旋转相控阵雷达的波束至第一波位,从第一波位至第N波位分别依次发射第二个脉冲,如此循环执行,直至在方位上所分配的驻留时间结束,方位旋转相控阵雷达转至下一方位重复执行时分多路扫描的方法。
较佳的,每一波位的中心仰角都不在其他波位的俯仰波束方向图的强副瓣区,以避免旁瓣二次回波的干扰。
较佳的,还包括:
显控设备,连接资源管理模块,用以数据显示以及控制资源管理模块;
信号处理模块,连接资源管理模块,用以根据工作模式切换对应的信号处理程序;
数据处理模块,连接信号处理模块和显控设备,用以在执行目标监视时,根据对应的信号处理程序将方位旋转相控阵雷达采集到的目标点迹信息形成航迹信息并传输至显控设备进行显示,在执行气象探测时,根据对应的信号处理程序将方位旋转相控阵雷达采集到的气象基数据形成气象分色显示信息,并对航迹信息进行外推,将气象分色显示信息以及航迹信息一起传输至显控设备进行显示。
附图说明
图1所示的是本发明的兼容方法示意图;
图2所示的是本发明的时分多路扫描顺序示意图;
图3所示的是本发明的时分多路扫描的俯仰波束方向图;
图4所示的是本发明的资源管理技术实现示意图。
具体实施方式
以下将结合本发明的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论,显然,这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例,并不是全部的实例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
为了便于对本发明实施例的理解,下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明,且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。
图1所示的是本发明的兼容方法示意图,采用目标监视与气象探测“X+1”兼容模式。该兼容模式采用X圈目标监视与1圈气象探测交替执行的方式,X大于等于1,完成两种功能的兼容。其设计方法描述如下。
假设天线方位旋转一圈的时间为T0,定义“X+1”模式下目标监视等效平均数据更新时间:
气象探测等效数据更新时间:
TUweather=Kφ×(X+1)×T0
其中,为气象俯仰扫描波位数。X越大,目标监视被中断的频次越低,等效数据更新时间越短,目标检测和跟踪效果越好,但是气象探测数据更新时间变长。X越小,气象数据更新时间越短,而目标跟踪效果会变差。因此,X值的确定是兼容扫描模式设计的关键,需根据系统设计实际情况折中考虑,既要保证气象探测时目标跟踪航迹可通过外推处理得到,又应保证气象基数据更新率满足要求。
为保证可靠性,气象探测模式下雷达方位旋转速度与目标监视模式下保持一致。在这种扫描速度下,各方位帧驻留时间无法满足多个俯仰波位气象基数据的估计需求,每次切换到气象模式下工作时仅能完成某个俯仰波位的探测,通过多次循环切换来变换俯仰探测波位,才能覆盖整个气象探测空域。在俯仰波位较多时,这种扫描设计还不足以满足短时气象探测对基数据更新率的要求。
因此,针对速度谱宽较小的气象探测,本发明设计了一种时分多路快速扫描方式,提高了时间尺度小、内部切变不严重气象探测的基数据更新率,缓解了气象探测时驻留时间紧张的问题。图中Tmax为可满足相邻脉冲相关性要求的最大的脉冲重复周期。结合驻留时间和气象探测的量程要求,选择时分多路扫描的路数,若量程要求小于(c×Tmax/2)/N,c为光速,则在各驻留时间满足基数据估计精度要求的条件下,可以设计时分N路进行间隔脉冲发射。
如图2所示,该时分多路扫描方式顺序为:首先在波位1发射一个脉冲,然后调度波束,在波位2发射一个脉冲,接着调度波束至波位3发射一个脉冲……在所设计的N个波位轮流发射一个脉冲完毕,则波束重新调转到波位1发射第二个脉冲,然后按上述循环反复执行,直至在该方位上分配的驻留时间结束,雷达转至下一个方位重新执行以上流程。
如图3所示,为克服时分多路扫描方式的“旁瓣二次回波”干扰,本发明需对天线俯仰方向图进行分析,相邻扫描的波位应避开各自方向图的强副瓣区,一般采取间隔的扫描波位设计。
在图2和图3所示的实施例中,采用“X+1”兼容模式,X大于等于1,既满足目标跟踪航迹预测误差和数据率要求,又满足气象基数据更新率要求。气象模式下采用时分3路扫描方式,每次转入气象探测模式时,在各方位帧驻留时间内完成俯仰3个波位的扫描,3个波位中心仰角θ1、θ2、θ3间隔设计,保证其中每个波位中心都不在另两个波位的俯仰波束方向图强副瓣区。通过两次转入气象探测模式即可完成俯仰6个波位的气象探测,有效提高了全空域气象基数据更新率。
在理解了上述兼容方法的基础上,本发明另提供了一种兼容系统。如图4所示:
资源管理模块1,用以切换方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容系统的工作模式,工作模式包括:采用X圈目标监视与一圈气象探测交替执行的目标监视与气象探测兼容模式,X大于等于1;波形发生器2,用以根据资源管理模块1的控制产生脉冲;波控设备3,用以根据资源管理模块1的控制调整方位旋转相控阵雷达的俯仰波束方向;在执行气象探测时,资源管理模块1在所需探测的每一方位上分配驻留时间,波控设备3控制波束在该驻留时间内对每一方位采用时分多路扫描的方法,包括:资源管理模块1按照一定时序控制波形发生器2产生发射脉冲波形,同时控制波控设备3调度方位旋转相控阵雷达的波束,先在某一方位的第一波位发射一个脉冲,然后调度波束至第二波位发射一个脉冲;......;直至在时分多路扫描的每一路轮流发射一个脉冲,再将方位旋转相控阵雷达的波束调度回第一波位发射第二个脉冲,......,按照上述循环执行,直至在方位上所分配的驻留时间结束,方位旋转相控阵雷达转至下一方位重复执行时分多路扫描的方法。
信号处理模块4,用以根据工作模式切换对应的信号处理程序;数据处理模块5,用以在执行目标监视时,根据对应的信号处理程序将方位旋转相控阵雷达采集到的目标点迹信息形成航迹信息并传输至显控设备6进行显示,在执行气象探测时,根据对应的信号处理程序将方位旋转相控阵雷达采集到的气象基数据形成气象分色显示信息,并对航迹信息进行外推,将气象分色显示信息以及航迹信息一起传输至显控设备6进行显示。
本发明提供的方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容方法及系统,相比于现有技术其优势在于,仅在增加少量气象信号处理硬件资源的条件下,通过工作模式设计和软件设计,实现了目标监视与气象探测兼容,能够分别满足目标搜索、跟踪性能要求和气象基数据估计精度要求。该技术易于实现,可满足兼容工作模式设计需求,实现成本低,可推广性较强。目标监视模式与气象探测模式下的波位、波形设计独立进行,互不影响。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容方法,其特征在于,包括:采用X圈目标监视与一圈气象探测交替执行,所述X大于等于1;
其中,在执行气象探测时,在所需探测的每一方位上分配驻留时间,在所述驻留时间内对每一方位采用时分多路扫描的方法,包括:
先控制所述方位旋转相控阵雷达的波束在一方位上从第一波位至第N波位分别依次发射一个脉冲,然后调度方位旋转相控阵雷达的波束至所述第一波位,从所述第一波位至所述第N波位分别依次发射第二个脉冲,如此循环执行,直至在所述方位上所分配的所述驻留时间结束,方位旋转相控阵雷达转至下一方位重复执行所述时分多路扫描的方法。
2.根据权利要求1所述的一种方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容方法,其特征在于,每一波位的的中心仰角都不在其他波位的俯仰波束方向图的强副瓣区,以避免旁瓣二次回波的干扰。
3.一种方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容系统,其特征在于,包括:
资源管理模块,用以切换所述方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容系统的工作模式,所述工作模式包括:采用X圈目标监视与一圈气象探测交替执行的目标监视与气象探测兼容模式,所述X大于等于1;
波形发生器,连接所述资源管理模块,用以根据所述资源管理模块的控制产生脉冲;
波控设备,连接所述资源管理模块,用以根据所述资源管理模块的控制调整方位旋转相控阵雷达的俯仰波束方向;
其中,在执行气象探测时,资源管理模块在所需探测的每一方位上分配驻留时间,由波控设备调度波束在所述驻留时间内对每一方位采用时分多路扫描的方法,包括:先控制所述方位旋转相控阵雷达的波束在一方位上从第一波位至第N波位分别依次发射一个脉冲,然后调度方位旋转相控阵雷达的波束至所述第一波位,从所述第一波位至所述第N波位分别依次发射第二个脉冲,如此循环执行,直至在所述方位上所分配的所述驻留时间结束,方位旋转相控阵雷达转至下一方位重复执行所述时分多路扫描的方法。
4.根据权利要求3所述的一种方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容系统,其特征在于,每一波位的中心仰角都不在其他波位的俯仰波束方向图的强副瓣区,以避免旁瓣二次回波的干扰。
5.根据权利要求3所述的一种方位旋转相控阵雷达目标监视与气象探测兼容系统,其特征在于,还包括:
显控设备,连接所述资源管理模块,用以数据显示以及控制资源管理模块;
信号处理模块,连接所述资源管理模块,用以根据所述工作模式切换对应的信号处理程序;
数据处理模块,连接所述信号处理模块和所述显控设备,用以在执行目标监视时,根据对应的信号处理程序将方位旋转相控阵雷达采集到的目标点迹信息形成航迹信息并传输至所述显控设备进行显示,在执行气象探测时,根据对应的信号处理程序将方位旋转相控阵雷达采集到的气象基数据形成气象分色显示信息,并对所述航迹信息进行外推,将所述气象分色显示信息以及所述航迹信息一起传输至所述显控设备进行显示。
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CN103869309B (zh) | 2015-11-11 |
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