CN108761414B - 一种基于频控阵的s形干扰波束测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于频控阵的S形干扰波束测试方法，包括如下步骤：S1、根据频控阵雷达发射机的预设S形干扰波束在空间中的分布位置，选择雷达测试接收机的安放位置点，即为测试接收点；S2、使频控阵雷达发射机开始发射信号，并使各测试接收点接收经过该测试接收点的至少一个预设发射周期的所有发射信号数据；S3、根据接收到的发射信号数据，确定各测试接收点的测试数据；S4、根据各测试接收点的空间位置和测试数据，进行频控阵二维波束图的绘制，即拟合出S形干扰波束。本发明解决了现有技术存在的实用性低、隐蔽性低、测试效率低、实施成本昂贵和资金投入大的问题。

Description

一种基于频控阵的S形干扰波束测试方法

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及一种基于频控阵的S形干扰波束测试方法。

背景技术

频控阵雷达作为一种新型的雷达技术，其将频率分集思想应用于阵列天线，通过增加各天线频偏获得与距离、角度和时间三者相关的波束图，即针对固定时刻的频控阵波束方向图具有距离和角度依赖性。传统的相控阵波束无法对无规则分布的多目标实施精准干扰，通过利用频控阵二维波束图的距离依赖性特点，合成的特定形干扰波束可用于同时对多目标进行干扰。

现有的雷达波束测试通常是针对单体天线部件而言，常规测试方法是将待测雷达天线阵元安装到接收转台上，通过精确改变天线在空间的机械指向并调整天线有转轴的相对位置，使其相位中心尽可能的接近测试转台的旋转轴来获得波束能量数据实现测试，其要求被测雷达天线阵元必须提供馈线接口，然而对于多数雷达，其结构紧凑且无对外馈线接口，天线、发射机与接收机被封装到一起，强拆将会影响雷达的整体性能。因而对现有雷达波束测试，整体在线测试方法尤其重要，且这些测试方法通常需要如场强仪和精密的转台系统等的硬件设备支持，实施成本昂贵。

综上所述，现有技术存在以下问题：

(1)传统的相控阵波束无法对无规则分布的多目标实施精准干扰，实用性低；

(2)传统的相控阵波束在采用测角技术容易发现发射机的位置，隐蔽性低；

(3)现有测试方法对现有雷达波束测试时，需要设定参数与硬件设备要求，测试效率低；

(4)现有测试方法通常需要场强仪和精密的转台系统等的硬件设备支持，实施成本昂贵，资金投入大。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种实用性高、隐蔽性高、测试效率高和节约资金投入的基于频控阵的S形干扰波束测试方法，解决了现有技术存在的无法对无规则分布的多目标实施精准干扰导致的实用性低、容易发现发射机的位置导致的隐蔽性低、测试效率低、实施成本昂贵和资金投入大的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于频控阵的S形干扰波束测试方法，包括如下步骤：

S1：选择测试接收点：根据频控阵雷达发射机的预设S形干扰波束在空间中的分布位置，选择雷达测试接收机的安放位置点，即为测试接收点；

S2：接收发射信号数据：使频控阵雷达发射机开始发射信号，并使各测试接收点接收经过该测试接收点的至少一个预设发射周期的所有发射信号数据；

S3：确定测试数据：根据接收到的发射信号数据，确定各测试接收点的测试数据；

S4：拟合S形干扰波束：根据各测试接收点的空间位置和测试数据，进行频控阵二维波束图的绘制，即拟合出S形干扰波束。

进一步地，步骤S1中，预设S形干扰波束由三段波束构成。

进一步地，步骤S2中，接收到的信号幅度的计算公式为：

p(r,θ,t)＝[p₁(r,θ,t_p1)p₂(r,θ,t_p2)p₃(r,θ,t_p3)]

式中，p(r,θ,t)为接收信号的信号幅度；p₁(r,θ,t_p1)为第1段S形波束对应发射信号经过测试接收点时的信号幅度；p₂(r,θ,t_p2)为第2段S形波束对应发射信号经过测试接收点时的信号幅度；p₃(r,θ,t_p3)为第3段S形波束对应发射信号经过测试接收点时的信号幅度；

第i段S形波束对应发射信号经过测试接收点时的信号幅度的计算公式为：

式中，p_i(r_i,θ_i,t_pi)为第i段S形波束对应发射信号经过测试接收点时的信号幅度；N为阵元数；n为阵元索引；c为电磁波空间传播速度；f₀为初始载频；Δf_i为第i段干扰波束对应的频率增量；r为测试点相应的径向距离；θ为测试点相应的方位角；t_pi为第i段S形波束的信号传递时间；

为第i段S形干扰波束对应的附加相位增量；j为虚部；d为阵元间距。

进一步地，步骤S2中，预设发射周期的计算公式为：

式中，T为预设发射周期；r_i为第i段波束的径向距离；c为电磁波空间传播速度。

进一步地，步骤S3中，确定测试数据的方法，包括以下步骤：

S3-1：确定测试接收点：选择距离发射机最远的测试接收点作为参考测试接收点，将参考测试接收点在接收到一个预设发射周期的发射信号数据的第一时刻作为测试时刻；

S3-2：确定测试时刻：根据其它测试接收点与参考测试接收点的距离确定时延信息，并根据时延信息确定对应的测试时刻；

S3-3：得到测试数据：将各测试接收点在对应的测试时刻接收的发射信号数据作为测试数据。

进一步地，步骤S3-2中，时延的计算公式为：

τ＝(R₀-r₀)

式中，τ为时延；R₀为参考测试接收点的径向距离；r₀为测试接收点的径向距离。

本方案的有益效果为：

(1)本方法利用频控阵合成的S形波束可以实现针对单目标或多目标进行干扰，提高了实用性；

(2)频控阵S形干扰波束的距离相关性使得敌方无法通过传统的测角技术发现发射机的位置，大大提高了隐蔽性；

(3)针对S形干扰波束的该测试方法在无需更多参数与硬件设备要求的情况下，可以快捷准确完成测试，提高了测试效率；

(4)本方法无需场强仪和精密的转台系统等的硬件设备支持，实施成本相对低廉，减少了资金投入。

附图说明

图1为基于频控阵的S形干扰波束测试方法流程图；

图2为确定测试数据的方法流程图；

图3为测试接收点分布图；

图4为S形干扰波束仿真图；

图5为测试所得S形干扰波束效果图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

本发明实施例中，一种基于频控阵的S形干扰波束测试方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1：选择测试接收点：根据频控阵雷达发射机的预设S形干扰波束在空间中的分布位置，选择雷达测试接收机的安放位置点，即为测试接收点，分布如图3所示；

以X-Y二维平面为例，在给定孔径范围内首先确定一个相邻阵元间隔为d＝1.5cm、阵元数N＝8、全向天线均位于一条水平直线上的均匀线形频控阵阵列，并设定该水平直线为x轴，8阵元从左至右等间隔均匀排列，坐标依次为0cm，1.5cm，3cm，4.5cm，6cm，7.5cm，9cm，10.5cm，S形干扰角度范围(-20°，40°)，即θ₁＝-20°，θ₂＝40°，干扰距离范围(2.4km～5km)，三段波束对应的径向距离分别为r₁＝800m,r₂＝1000m,r₃＝800m，在沿预定的S形干扰波束峰脊上，选取122个测试接收点，根据极坐标和二维直角坐标系之间的关系可得测试接收点直角坐标系下的空间位置分别为：(-760m,2280m),(-730m,2290m),(-670m,2490m),...,(660m,4910m),(890m,4920m)，在S形干扰波束附近，选取50个测试接收点，空间位置分别为：(-2170m,3050m),(-1700m,3150m),(-1460m,2920m),...,(970m,4160m),(14300m,4120m)，参考测试接收点的空间位置为(0m,5000m)；

S2：接收发射信号数据：使频控阵雷达发射机开始发射信号，并使各测试接收点接收经过该测试接收点的至少一个预设发射周期的所有发射信号数据；

由公式

和步骤S1中的径向距离得到预设发射周期为T＝8.6667μs，雷达发射机在t＝t₀时刻发射一个周期的射频信号，射频信号由雷达发射机到接收机延迟8.0111μs秒，雷达接收机在时刻t＝t₀+(8.0111+K·8.6667)μs(K为正整数)开始接收一段长度至少为T＝8.6667μs的发射信号数据，在接收机前端对预接收的10G射频信号进行相关混频处理，得到3G射频信号。对得到的3G频率信号降采样，得到(-760m,2280m)位置处的56M采样率的一个发射信号数据，接收到的信号幅度的计算公式为：

p(r,θ,t)＝[p₁(r,θ,t_p1)p₂(r,θ,t_p2)p₃(r,θ,t_p3)]

式中，p(r,θ,t)为接收信号的信号幅度；p₁(r,θ,t_p1)为第1段S形波束对应发射信号经过测试接收点时的信号幅度；p₂(r,θ,t_p2)为第2段S形波束对应发射信号经过测试接收点时的信号幅度；p₃(r,θ,t_p3)为第3段S形波束对应发射信号经过测试接收点时的信号幅度；

其中第i段S形波束对应发射信号经过测试接收点时的信号幅度的计算公式为：

式中，p_i(r_i,θ_i,t_pi)为第i段S形波束对应发射信号经过测试接收点时的信号幅度；N＝8为阵元数，n为阵元索引，n＝1,2,3...，7；c＝3x10⁸为电磁波空间传播速度；f₀＝10GHz为初始载频；Δf_i为第i段干扰波束对应的频率增量，Δf₁＝-184.6KHz,Δf₂＝147.7KHz,Δf₃＝-184.6KHz依次分别为三段干扰波束对应的频率增量；r＝2043为测试点相应的径向距离；θ＝-66.74°为测试点相应的方位角；t_p1∈[0,2.667μs],t_p2∈(2.667μs,6.0μs],和t_p3∈(6.0μs,8.667μs]，

依次分别为三段干扰波束对应的附加相位增量；j为虚部；阵元间距d＝1.5cm；

调整雷达接收车的位置到所设的测试接收点，依次完成其它测试接收点和参考测试接收点位置处的一个周期接收数据；

S3：确定测试数据：根据接收到的发射信号数据，确定各测试接收点的测试数据；

确定测试数据的方法，如图2所示，包括以下步骤：

S3-1：确定测试接收点：选择距离发射机最远的测试接收点作为参考测试接收点，将参考测试接收点在接收到一个预设发射周期的发射信号数据的第一时刻作为测试时刻；

S3-2：确定测试时刻：根据其它测试接收点与参考测试接收点的距离确定时延信息，并根据时延信息确定对应的测试时刻；

时延的计算公式为：

τ＝(R₀-r₀)

式中，τ为时延；R₀为参考测试接收点的径向距离；r₀为测试接收点的径向距离；

S3-3：得到测试数据：将各测试接收点在对应的测试时刻接收的发射信号数据作为测试数据。

S4：拟合S形干扰波束：根据各测试接收点的空间位置和测试数据，进行频控阵二维波束图的绘制，仿真图如图4所示，即拟合出S形干扰波束。

根据观测空间的设定径向距离跨度6000m和扫描角度范围(-90°～90°)绘制一个平面二维网格，即x轴方向观测范围为(-6000m～6000m)，y轴方向观测范围为(0m～6000m)，整个二维平面观测区域按10×10m间隔设置观测格点、共721801个格点，并初始化各观测格点值；根据各测试接收点的测试数据相应更新对应的观测格点数据，由此数据绘制一个频控阵二维平面波束图，该波束图有S形，即拟合出S形干扰波束。

本发明实施例中，验证后得到，利用频控阵合成的S形波束可以实现针对单目标或多目标进行干扰，S形干扰波束的距离相关性使得敌方无法通过传统的测角技术发现发射机的位置，大大提高了隐蔽性。另外，针对S形干扰波束的该测试方法在无需更多参数与硬件设备要求的情况下，可以快捷准确完成测试，且成本相对低廉。

本发明提供一种实用性高、隐蔽性高、测试效率高和节约资金投入的基于频控阵的S形干扰波束测试方法，解决了现有技术存在的无法对无规则分布的多目标实施精准干扰导致的实用性低、容易发现发射机的位置导致的隐蔽性低、测试效率低、实施成本昂贵和资金投入大的问题。

Claims (4)

1.一种基于频控阵的S形干扰波束测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：选择测试接收点：根据频控阵雷达发射机的预设S形干扰波束在空间中的分布位置，选择雷达测试接收机的安放位置点，即为测试接收点；

S2：接收发射信号数据：使频控阵雷达发射机开始发射信号，并使各测试接收点接收经过该测试接收点的至少一个预设发射周期的所有发射信号数据；

S3：确定测试数据：根据接收到的发射信号数据，确定各测试接收点的测试数据；

S4：拟合S形干扰波束：根据各测试接收点的空间位置和测试数据，进行频控阵二维波束图的绘制，即拟合出S形干扰波束；

其中，所述步骤S1中，预设S形干扰波束由三段波束构成；

其中，所述步骤S2中，接收到的信号幅度的计算公式为：

p(r,θ,t)＝[p₁(r,θ,t_p1)p₂(r,θ,t_p2)p₃(r,θ,t_p3)]

式中，p(r,θ,t)为接收信号的幅度；p₁(r,θ,t_p1)为第1段S形波束对应发射信号经过测试接收点时的信号幅度；p₂(r,θ,t_p2)为第2段S形波束对应发射信号经过测试接收点时的信号幅度；p₃(r,θ,t_p3)为第3段S形波束对应发射信号经过测试接收点时的信号幅度；

第i段S形波束对应发射信号经过测试接收点时的信号幅度的计算公式为：

式中，p_i(r_i,θ_i,t_pi)为第i段S形波束对应发射信号经过测试接收点时的信号幅度；N为阵元数；n为阵元索引；c为电磁波空间传播速度；f₀为初始载频；Δf_i为第i段干扰波束对应的频率增量；r为测试点相应的径向距离；θ为测试点相应的的方位角；t_pi为第i段S形波束的信号传递时间；

为第i段S形干扰波束对应的附加相位增量；j为虚部；d为阵元间距。

2.根据权利要求1所述的基于频控阵的S形干扰波束测试方法，其特征在于，所述步骤S2中，预设发射周期的计算公式为：

式中，T为预设发射周期；r_i为第i段波束的径向距离；c为电磁波空间传播速度。

3.根据权利要求1所述的基于频控阵的S形干扰波束测试方法，其特征在于，所述步骤S3中，确定测试数据的方法，包括以下步骤：

S3-1：确定测试接收点：选择距离发射机最远的测试接收点作为参考测试接收点，将参考测试接收点在接收到一个预设发射周期的发射信号数据的第一时刻作为测试时刻；

S3-2：确定测试时刻：根据其它测试接收点与参考测试接收点的距离确定时延信息，并根据时延信息确定对应的测试时刻；

S3-3：得到测试数据：将各测试接收点在对应的测试时刻接收的发射信号数据作为测试数据。

4.根据权利要求3所述的基于频控阵的S形干扰波束测试方法，其特征在于，所述步骤S3-2中，时延的计算公式为：

τ＝(R₀-r₀)/c

式中，τ为时延；R₀为参考测试接收点的径向距离；r₀为测试接收点的径向距离，c为电磁波空间传播速度。

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