CN106019242A

CN106019242A - 一种天基双基地雷达飞行状态的配置方法

Info

Publication number: CN106019242A
Application number: CN201410016474.5A
Authority: CN
Inventors: 曲卫; 贾鑫; 朱卫纲; 杨君; 李云涛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2016-10-12

Abstract

本发明涉及雷达信息获取技术领域，具体公开了一种天基双基地雷达飞行状态的配置方法；包括：以基线为中心，将发射机与接收机在地面投影与地区水平方向切线构成的平面分成左右两个平面；根据正侧接收天线阵的状态，确定飞机在基线右侧平面R或是在基线左侧平面L内飞行；当接收天线阵为右侧视状态时，飞机的应在基线正方向右侧的右平面R内飞行；当接收天线阵为左侧视状态时，飞机的应在基线正方向左侧的左平面L内飞行；飞机速度方向与基线正方向的交角满足0°≤γR，γL≤180°。本发明基于正侧面接收天线阵状态与双基地基线联合原则确定了星‑空天基双基地雷达飞行状态的配置方法，基于该配置方式下的改善双基地杂波特性的效果明显。

Description

一种天基双基地雷达飞行状态的配置方法

技术领域

本发明涉及雷达信息获取技术领域，尤其是涉及一种通过正侧面接收天线阵状态与双基地基线的联合原则确定星-空天基双基地雷达飞行状态的配置方法，实现对天基双基地雷达杂波特性的改善。

背景技术

天基雷达(Space Based Radar，SBR)又称为星载雷达或太空雷达，是指以航天器为工作平台的交会雷达、合成孔径雷达或预警雷达。天基雷达一般以卫星为载体，如高轨道星载雷达，它被设置在36000km高空的同步卫星上，利用直径30m左右的天线把太阳能提供的发射功率辐射到地面上，再由地面上的相控阵多波束天线接收运动目标的信号，构成大面积的对空搜索范围。

与单基地天基雷达相比，天基双基地雷达由于收发系统分置，双基地系统的发射机位于太空中，远离战场，将一个或者多个空基或天基的接收机配置于所关注的区域，具有获取信息丰富，作用距离远，安全性高，抗干扰能力强和抗截获性能好等突出优点。但是由于平台的运动，地球的自转影响以及接收机下视的工作方式，使得天基双基地雷达表现出比单基地天基雷达更为复杂的杂波特性，使得杂波抑制的难度增大。双基地雷达有一个显著的缺陷，即接收机存在严重的多普勒弥散现象，且杂波的功率密度极大，这使得慢速移动目标的弱信号淹没其中，难以被检测出来，这对天基双基地雷达系统来说尤为严重。另外，双基地雷达不同距离门的杂波方位-多普勒特性(杂波背脊线)差异较大，表现了双基地雷达杂波的非静态特性。距离门指的是雷达的不同距离分辨单元；杂波方位-多普勒特性指杂波在方位维(距离)以及多普勒维(Hz)的分布；非静态性指的是其呈动态特性。

天-空配置的双基地雷达(HB-SBR)的杂波特性十分复杂，杂波在不同的双基地配置下表现差异很大，这种复杂的杂波分布特性对于用于地面动目标检测的杂波抑制而言是非常困难的。对于机载的单基地雷达的杂波来说，杂波不同距离门的背脊线重合，杂波表现强的距离的平稳性，这种具有静态特性的杂波在进行动目标检测应用时可以方便利用空时自适应处理的技术方便的将杂波抑制掉。而HB-SBR天基双基地雷达杂波不同距离门的杂波背脊线不重合且形状差异较大，不但具有强的距离不平稳性，而且当天-空配置的双基地雷达两种不同的飞行状态导致不同距离门的杂波背脊线不重合其形状差异较大时，杂波的多普勒带宽也会相应急剧展宽。

研究发现在特定的配置状态下，杂波特性呈现了明显的改善，比如杂波平稳性增强或者杂波的多普勒展宽变小等，因此在HB-SBR天基双基地雷达中，若合理配置星-机的飞行状态，可以获得情况改善的双基地杂波特性。

如何合理配置星-机的飞行状态，目前还没有有效的方案。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种天基双基地雷达飞行状态的配置方法，本发明基于正侧面接收天线阵状态与双基地基线联合原则确定了星-空天基双基地雷达飞行状态的配置方法，基于该配置方式下的HB-SBR天基双基地雷达改善的双基地杂波特性的效果明显，为进行后期的杂波抑制以及动目标检测提供了良好的条件。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种天基双基地雷达飞行状态的配置方法，包括：

R_x和T_x分别表示飞机和卫星在地面的投影点，所述飞机作为接收机，所述卫星作为发射机；点R_x和T_x之间的直线为双基地雷达基线在地球上的投影，称为基线；定义从R_x到T_x的方向为所述基线的正方向；

以所述基线为中心，将所述发射机与所述接收机在地面投影与地区水平方向切线构成的平面分成左右两个平面，分别为右平面R和左平面L；v_a表示飞机的速度，γ_R和γ_L分别表示v_a在右平面R上与所述基线的正方向的夹角以及v_a在左平面L上与所述基线的正方向的夹角；

双基地雷达飞行状态配置方法只考虑所述飞机的飞行状态；

根据正侧接收天线阵的右侧视状态或左侧视状态，判断飞机在所述基线的所述右平面R或是在所述基线的所述左平面L内飞行；

当接收天线阵为右侧视状态时，所述飞机应在所述基线的正方向右侧的所述右平面R内飞行；

当接收天线阵为左侧视状态时，所述飞机应在所述基线的正方向左侧的所述左平面L内飞行；

所述飞机的速度方向与所述基线的正方向的交角满足0°≤γ_R，γ_L≤180°。

优选的，对于右侧视接收天线阵的所述接收机，当所述飞机与所述卫星同向飞行时，使所述飞机在地面的飞行轨迹始终保持在所述卫星在地面轨迹飞行正方向的右侧；当所述飞机与所述卫星异向飞行时，使所述飞机在地面的飞行轨迹始终保持在所述卫星在地面轨迹飞行正方向的左侧。

更加优选的，对于左侧视接收天线阵的所述接收机，当所述飞机与所述卫星同向飞行时，使所述飞机在地面的飞行轨迹始终保持在所述卫星在地面轨迹飞行正方向的左侧；当所述飞机与所述卫星异向飞行时，使所述飞机在地面的飞行轨迹始终保持在所述卫星在地面轨迹飞行正方向的右侧。

其中，所述多普勒效应是波源和观察者有相对运动时，观察者接受到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象。远方急驶过来的火车鸣笛声变得尖细(即频率变高，波长变短)，而离我们而去的火车鸣笛声变得低沉(即频率变低，波长变长)，就是多普勒效应的现象，同样现象也发生在私家车鸣响与火车的敲钟声。这一现象最初是由奥地利物理学家多普勒1842年发现的。荷兰气象学家拜斯·巴洛特(Buys Ballot)在1845年让一队喇叭手站在一辆从荷兰乌德勒支附近疾驶而过的敞篷火车上吹奏，他在站台上测到了音调的改变。这是科学史上最有趣的实验之一。多普勒效应从19世纪下半叶起就被天文学家用来测量恒星的视向速度。现已被广泛用来佐证观测天体和人造卫星的运动。

其中，所述空时自适应处理技术涉及机载或天基相控阵雷达中的杂波抑制问题，涵盖了对地观测、警戒、侦察领域中机载或天基MTI雷达对慢动目标的检测原理，以及杂波抑制技术；还包括信号处理、杂波模型、阵列处理、带宽影响、非线性天线阵列、反干扰技术、自适应单脉冲处理、双基雷达配置结构、SAR和ISAR以及声呐等。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明提供了一种天基双基地雷达飞行状态的配置方法，本发明基于正侧面接收天线阵状态与双基地基线联合原则确定了星-空天基双基地雷达飞行状态的配置方法，基于该配置方式下的HB-SBR天基双基地雷达改善的双基地杂波特性的效果明显，为进行后期的杂波抑制以及动目标检测提供了良好的条件，本发明能为未来天-空混合双基地雷达的总体方案的设计提供参考依据。

附图说明

图1示例性的示出了本发明基于正侧面接收天线阵状态与双基地基线联合原则示意图；

图2示例性的示出了HB-SBR天基双基地雷达飞行状态中飞机与卫星同向飞行示意图；

图3示例性的示出了HB-SBR天基双基地雷达飞行状态中飞机与卫星异向飞行示意图；

图4示例性的示出了HB-SBR天基双基地雷达飞行状态仿真验证示意图；

图5示例性的示出了本发明B₁状态下杂波特性分布图中不同等距离和的杂波背脊线示意图；

图6示例性的示出了本发明B₂状态下杂波特性分布图中不同等距离和的杂波背脊线示意图；

图7示例性的示出了本发明B₃状态下杂波特性分布图中不同等距离和的杂波背脊线示意图；

图8示例性的示出了本发明B₄状态下杂波特性分布图中不同等距离和的杂波背脊线示意图；

图9示例性的示出了本发明B₅状态下杂波特性分布图中不同等距离和的杂波背脊线示意图；

图10示例性的示出了本发明B₆状态下杂波特性分布图中不同等距离和的杂波背脊线示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明所解决的技术问题、所提供的技术方案，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明的实施，但并不用于限定本发明。

图1给出了正侧面接收天线阵状态与双基地基线联合确定原则的示意图，图中R_x和T_x分布表示飞机(接收机)和卫星(发射机)在地面的投影点，点R_x和T_x之间的直线为HB-SBR双基地雷达基线在地球上的投影，简称其为“基线”，并定义从R_x到T_x的方向为基线正方向。以基线为中心，分成左右两个平面，分别为平面R和平面L，v_a为飞机的速度，γ_R和γ_L分布表示v_a在平面R上与基线正方向的夹角以及v_a在平面L上与基线正方向的夹角。

HB-SBR天基双基地雷达飞行状态配置原则如下：

不需要考虑卫星的飞行状态，只需要考虑飞机的飞行状态；

根据正侧接收天线阵的状态，即右侧视状态或是左侧视状态，确定飞机在基线右侧平面R或是在基线左侧平面L内飞行。当接收天线阵为右侧视状态时，飞机的应在基线正方向右侧的平面R内飞行；当接收天线阵为左侧视状态时，飞机的应在基线正方向左侧的平面R内飞行；

飞机速度方向与基线正方向的交角满足0°≤γ_R，γ_L≤180°。

基于以上原则，具体在应用中HB-SBR天基双基地雷达的飞行状态配置如下：

对于右侧视接收天线阵的接收机，当飞机与卫星同向飞行时，应使飞机在地面的飞行轨迹始终保持在卫星在地面轨迹飞行正方向的右侧；当飞机与卫星异向飞行时，应使飞机在地面的飞行轨迹始终保持在卫星在地面轨迹飞行正方向的左侧；

对于左侧视接收天线阵的接收机，当飞机与卫星同向飞行时，应使飞机在地面的飞行轨迹始终保持在卫星在地面轨迹飞行正方向的左侧；当飞机与卫星异向飞行时，应使飞机在地面的飞行轨迹始终保持在卫星在地面轨迹飞行正方向的右侧。

如图2和图3所示，HB-SBR天基双基地雷达这种配置方式的飞行状态中，由于0°≤γ_R，γ_L≤180°的限制飞机在卫星过顶的过程中只能做单向飞行运动，不能进行闭合飞行轨迹的运动。

具体实施例：

以右侧视天线接收阵为例说明HB-SBR天基双基地雷达的飞行状态配置原则。假设卫星轨道倾角60°，轨道高度807km，瞬时星下点位置T_x(65°，0°)；飞机高度20km(飞机最大可视范围半径为500km)，飞行速度180m／s，设定飞机四个不同的飞行状态B₁、B₂、B₃、B₄、B₅、B₆，γ_R1、γ_R2、γ_R3、γ_R4、γ_R5、γ_R6分别表示各个状态飞机速度v_a与基线正方向的夹角，如图4所示，横坐标Longitude为经度(Deg度)，纵坐标Latitude为纬度(Deg度)。

状态B₁对应R_x(70°，0°)γ_R1＝45°；状态B₂对应R_x(70°，0°)γ_R2＝135°；状态B₃对应R_x(70°，0°)γ_R3＝45°；状态B₄对应R_x(60°，0°)γ_R4＝45°；状态B₅对应R_x(60°，0°)γ_R5＝45°；状态B₆对应R_x(60°，0°)γ_R6＝45°。根据HB-SBR天基双基地雷达的飞行状态配置原则状态B₁、B₂与状态B₄、B₅满足该配置原则。依照仿真流程和所建立的仿真模型，对四个飞行状态杂波分布特性进行研究，以期验证所提出的基于正侧面接收天线阵状态与双基地基线联合确定原则的星-空天基双基地配置方式正确性。

图5、图6、图7、图8、图9和图10中虚线部分为B₁～B₆状态后向杂波背脊线，实线部分为B₁～B₆状态前向杂波背脊线；图5为不同距离门的杂波脊曲线Dopplor-angle traces for different range bins，图5中横坐标为数学函数cos(φ)，纵坐标为多普勒Doppler(赫兹Hz)。由各图分析可知，B₁、B₂与状态B₄、B₅的杂波前向背脊线分布要明显好于杂波后向背脊线分布，主要表现在杂波谱带宽减小以及杂波的多普勒展宽的减小上。B₃、B₆飞行状态不符合配置原则，主要表现在杂波的前向背脊线比后向杂波背脊线的杂波谱带宽增大以及杂波多普勒带宽的展宽增大方面。

大量的仿真实验表明在符合基于正侧面接收天线阵状态与双基地基线联合确定原则的星-空天基双基地配置方式的飞行状态中，当0°≤γ_R，γ_L≤90°时能获得更好的杂波分布特性，所以在实际的HB-SBR天基双基地雷达配置，为了减少对杂波抑制的难度，飞机速度方向与基线正方向的交角应尽量满足0°≤γ_R，γ_L≤90°。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的基本原理之内，所作的任何修改、组合及等同替换等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种天基双基地雷达飞行状态的配置方法，其特征在于，包括：

双基地雷达飞行状态配置方法只考虑所述飞机的飞行状态；

2.根据权利要求1所述的天基双基地雷达飞行状态的配置方法，其特征在于，对于右侧视接收天线阵的所述接收机，当所述飞机与所述卫星同向飞行时，使所述飞机在地面的飞行轨迹始终保持在所述卫星在地面轨迹飞行正方向的右侧；当所述飞机与所述卫星异向飞行时，使所述飞机在地面的飞行轨迹始终保持在所述卫星在地面轨迹飞行正方向的左侧。

3.根据权利要求1所述的天基双基地雷达飞行状态的配置方法，其特征在于，对于左侧视接收天线阵的所述接收机，当所述飞机与所述卫星同向飞行时，使所述飞机在地面的飞行轨迹始终保持在所述卫星在地面轨迹飞行正方向的左侧；当所述飞机与所述卫星异向飞行时，使所述飞机在地面的飞行轨迹始终保持在所述卫星在地面轨迹飞行正方向的右侧。