CN112859017A - 一种相控阵雷达体制的识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及相控阵雷达体制识别技术领域，具体涉及一种相控阵雷达体制的识别方法，采用如下步骤：步骤一：基于脉冲幅度特性识别相控阵雷达，通过侦察机接收到的脉冲幅度是判别不同体制雷达；步骤二：步骤一中的脉冲幅度的计算，建立脉冲幅度模型；步骤三：截获机械扫描雷达的脉冲幅度特性，得到一维相扫脉冲幅度模型；步骤四：截获二维相扫雷达的脉冲幅度特性，二维相扫雷达脉冲幅度起伏特性函数；步骤五：基于互相关法识别相控阵雷达体制；它通过建立侦察接收机截获雷达脉冲的幅度模型，并且通过引入互相关法计算被截获脉冲序列与相似标准正弦序列的相似系数，实现对不同体制雷达相关系数阈值的划分，进而判别接收到的雷达脉冲辐射源的体制。

Description

一种相控阵雷达体制的识别方法

【技术领域】

本发明涉及相控阵雷达体制识别技术领域，具体涉及一种相控阵雷达体制的识别方法。

【背景技术】

相控阵雷达是利用大量个别控制的小型天线单元排列成天线阵面，每个天线单元都由独立的移相开关控制，通过控制各天线单元发射的相位，就能合成不同相位波束。由于相控阵雷达优异的性能、多变的信号特性以及灵活的波束变换等特点，一经研制成功，便大量地应用在战场上。对于侦察方来说，最为迫切的就是在迅速捕获到来自对方辐射源的雷达脉冲后，能够进行快速地识别对方的雷达体制与工作模式，并最终分析出对方雷达辐射源对我方雷达侦察机的威胁程度及其相关重要的参数，为后续雷达以及相应的制导提供重要的电子情报信息。对相控阵雷达的识别，主要包括雷达体制的识别、雷达用途的识别以及雷达工作模式的识别。

由于相控阵雷达的识别是判别辐射源威胁程度的重要因素，在战场上的作用非常之大，因此需要充分考虑各种情况下的参数来实现对相控阵雷达的有效识别，是尤为重要。

【发明内容】

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种相控阵雷达体制的识别方法。

本发明所述的一种相控阵雷达体制的识别方法，采用如下步骤：

步骤一：基于脉冲幅度特性识别相控阵雷达，通过侦察机接收到的脉冲幅度是判别不同体制雷达；

步骤二：步骤一中的脉冲幅度的计算，建立脉冲幅度模型，采用如下公式实现；

式中，S为雷达侦察设备接收到对方雷达的脉冲幅度，P_t为雷达发射功率，G_t为雷达天线增益，F(θ,φ)为归一化后雷达天线方向性图，θ、φ为脉冲到达方向与波束轴的俯仰角和方位角，R为侦察设备与辐射源间的距离，L为信号传输损耗；

步骤三：截获机械扫描雷达的脉冲幅度特性：

机械扫描雷达的方向性图函数可近似为，

将(2)代入(1)中，得其机械扫描脉冲幅度信息模型为

步骤四：截获一维相扫雷达的脉冲幅度特性：一维相扫三坐标雷达广泛采用线性相控阵天线，在仰角上相扫，方位上机描；对于N单元线阵，假如单元线阵为等间距d排列，则它的方向性图函数可以用辛克函数表示为：

式中：θ为俯仰角，φ为方位角，取俯仰上波束宽度为2°，最大值指向θ_B＝0，d＝0.5λ，单元线阵个数N取30；方位上的波束宽度为2°，最大值指向φ₀＝0；

则其归一化方向性图函数为：

把式(5)带入式(1)便得到一维相扫脉冲幅度模型；

步骤四：截获二维相扫雷达的脉冲幅度特性：

假设二维相扫雷达采用60×60矩形格排列平面阵列天线，且阵元间隔d₁、d₂均为0.5λ；则

因此，雷达的方向性函数可以近似为：

式中：θ是波束指向的俯仰角，φ是波束指向的方位角，F₁(θ,φ)是水平方向线阵的天线方向图，F₂(θ,φ)是垂直方向的线阵天线方向图；

当α＝β＝0时，雷达的归一化方向性函数为：

将式(9)代入式(1)，即可得到二维相扫雷达脉冲幅度起伏特性函数；

步骤五：基于互相关法识别相控阵雷达体制，采用如下步骤：

B.利用传统机械扫描雷达体制与相控阵体制的脉冲幅度起伏特性有明显的区别的特征，采用两个相互独立的一维离散正弦值信号序列函数{S₁(i)}和{S₂(j)}，利用离散序列函数来实现对相似系数值的区别来判断雷达侦察机截获的对方雷达辐射源发射的脉冲串的调制体制参数；

B.步骤A中的定义离散序列函数{S₁(i)}和{S₂(j)}，其中i,j＝1,2,…,N，其互相关相似系数如下式所示：

式中，{S₁(i)}和{S₂(j)}为非负且不恒为0的序列；

由式可知，当两个序列信号完全不相关的时候，C_r为0，当两个信号完全相同时，C_r为1；

相似系数C_r完全可以用来表征两个脉冲幅度包络函数与特定标准参考函数的相似程度，且相似系数永远保持在0～1之间，进而通过相似系数值的区别来判断雷达侦察机截获的对方雷达辐射源发射的脉冲串的调制体制参数；

C.不同体制下的雷达脉冲序列均与正弦函数序列相似，故选取标准参考函数的相似序列为正弦函数，其表达式如下式所示：

S(k)＝sin(kπ/N),K＝0,1,…，N。

本发明有益效果为：本发明所述的一种相控阵雷达体制的识别方法，它通过建立侦察接收机截获雷达脉冲的幅度模型，讨论并分析侦察接收机接收到脉冲的幅度特性，分别对常规机械扫描雷达和相控阵体制雷达信号进行识别与分析，并且通过引入互相关法计算被截获脉冲序列与相似标准正弦序列的相似系数，实现对不同体制雷达相关系数阈值的划分，进而判别接收到的雷达脉冲辐射源的体制。

【附图说明】

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明中的互相关法识别相控阵雷达体制流程图；

【具体实施方式】

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本具体实施方式所述的一种相控阵雷达体制的识别方法，实现的具体步骤包括如下：

一、基于脉冲幅度特性识别相控阵雷达体制可行性分析：

复杂的电磁环境包含了各种体制雷达脉冲流，因此对接收到的脉冲辐射源雷达体质的识别显得尤为重要。根据不同体制雷达脉冲的特性，可实现对不同雷达体制的识别。

由于相控阵雷达利用相位控制发射波束的方位，因此侦察机接收到的相控阵雷达脉冲幅度序列更加离散，而传统的机械扫描雷达由于是伺服控制天线转动，侦察机接收到的机械扫描雷达脉冲幅度是一连串的平滑曲线。

从上述分析可知，侦察机接收到的脉冲幅度是判别不同体制雷达的一个重要特征参数，由于脉冲功率密度与脉冲幅度成正比，因此可用接收脉冲功率密度来表征其脉冲幅度特性。

根据雷达侦察设备的侦察方程可以得到雷达侦察设备接收天线处的脉冲幅度为

式中，S为雷达侦察设备接收到对方雷达的脉冲幅度，P_t为雷达发射功率，G_t为雷达天线增益，F(θ,φ)为归一化后雷达天线方向性图，θ、φ为脉冲到达方向与波束轴的俯仰角和方位角，R为侦察设备与辐射源间的距离，L为信号传输损耗。

传统的机械扫描雷达主要依靠伺服系统实现对发射波束方位的变换，在有效地照射时间内，侦察机截获的机械扫描雷达脉冲幅度为平滑的曲线包络，对于一维相控阵雷达，一般在方位向上为机械扫描方式，在俯仰向上为相位控制扫描方式，在一个扫描周期内，由于相控阵雷达的发射波束在俯仰向的不同波位之间跳跃，侦察机接收到的一维相控阵雷达脉冲幅度在同一波位内，其幅度会有缓慢起伏，在不同波位之间，脉冲包络的起伏波动性比较大，而对于二维相控阵雷达，其方位向和俯仰向上均采用相位控制方式进行波束扫描，并且波束跳跃性极大，在一个扫描周期内，相控阵雷达在方位向和俯仰向上同时进行跳变，并且波束的跳跃性比较大；

因此，侦察机接收到的二维相控阵雷达脉冲幅度在同一波位内保持平稳，在不同波位之间有较大的起伏变化，并且比一维相控阵雷达的波动性更大。故通过分析雷达脉冲序列的幅度信息特性来识别相控阵雷达的体制以及扫描方式是可行的。

二、不同体制雷达脉冲幅度特性：

截获机械扫描雷达的脉冲幅度特性：常规机扫雷达在方位上的扫描连续不间断，导致雷达对抗侦察设备侦收的信号脉冲幅度包络比较平滑。当常规雷达天线的主瓣扫过侦察天线时，接收到的脉冲将受雷达辐射方向性图的调制，机械扫描雷达的方向性图函数可近似为

将(2)代入(1)中，得其脉冲幅度信息模型为

截获一维相扫雷达的脉冲幅度特性：大多数一维相扫三坐标雷达广泛采用线性相控阵天线，在仰角上相扫，方位上机描。对于N单元线阵，假如单元线阵为等间距d排列，则它的方向性图函数可以用辛克函数表示为：

式中θ为俯仰角，φ为方位角，取俯仰上波束宽度为2°，最大值指向θ_B＝0，d＝0.5λ，单元线阵个数N取30；方位上的波束宽度为2°，最大值指向φ₀＝0。

则其归一化方向性图函数为：

把式(5)带入式(1)便得到一维相扫脉冲幅度模型。

截获二维相扫雷达的脉冲幅度特性：二维相控阵雷达的方位和仰角均采用相位电扫描的的方式，可以自由灵活地改变天线波束的指向，波束扫描并没有固定的扫描周期和电扫描方式。在不考虑副瓣侦察的情况下(相控阵雷达的副瓣电平很低，侦收较困难)，只有在侦察波束和二维相扫雷达波束的指向相对时，侦察设备才能够截获信号的幅度信息，并且信号的幅度变化范围不大。在下一个时刻，二维相扫相控阵雷达会瞬间改变波束指向，使侦察设备不能够侦察到波束信息。

假设二维相扫雷达采用60×60矩形格排列平面阵列天线，且阵元间隔d₁、d₂均为0.5λ。则

因此雷达的方向性函数可以近似为：

式中θ是波束指向的俯仰角，φ是波束指向的方位角，F₁(θ,φ)是水平方向线阵的天线方向图，F₂(θ,φ)是垂直方向的线阵天线方向图。当α＝β＝0时，雷达的归一化方向性函数为：

将式(9)代入式(1)，即可得到二维相扫雷达脉冲幅度起伏特性函数。

三、如图1所示，基于互相关法识别相控阵雷达体制：

传统机械扫描雷达体制与相控阵体制的脉冲幅度起伏特性有明显的区别。假设有两个相互独立的一维离散正弦值信号序列函数{S₁(i)}和{S₂(j)}，其中i,j＝1,2,…,N，则定义离散序列函数{S₁(i)}和{S₂(j)}的互相关相似系数如下式所示。

式中，{S₁(i)}和{S₂(j)}为非负且不恒为0的序列。由式可知，当两个序列信号完全不相关的时候，C_r为0，当两个信号完全相同时，C_r为1。

相似系数C_r完全可以用来表征两个脉冲幅度包络函数与特定标准参考函数的相似程度，且相似系数永远保持在0～1之间，进而通过相似系数值的区别来判断雷达侦察机截获的对方雷达辐射源发射的脉冲串的调制体制参数。

不同体制下的雷达脉冲序列均与正弦函数序列相似，因此考虑选取标准参考函数的相似序列为正弦函数，其表达式如下式所示：

S(k)＝sin(kπ/N),K＝0,1,…，N (11)。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (1)

1.一种相控阵雷达体制的识别方法，其特征在于：采用如下步骤：

步骤一：基于脉冲幅度特性识别相控阵雷达，通过侦察机接收到的脉冲幅度是判别不同体制雷达；

步骤二：步骤一中的脉冲幅度的计算，建立脉冲幅度模型，采用如下公式实现；

式中，S为雷达侦察设备接收到对方雷达的脉冲幅度，P_t为雷达发射功率，G_t为雷达天线增益，F(θ,φ)为归一化后雷达天线方向性图，θ、φ为脉冲到达方向与波束轴的俯仰角和方位角，R为侦察设备与辐射源间的距离，L为信号传输损耗；

步骤三：截获机械扫描雷达的脉冲幅度特性：

机械扫描雷达的方向性图函数可近似为，

将(2)代入(1)中，得其机械扫描脉冲幅度信息模型为

步骤四：截获一维相扫雷达的脉冲幅度特性：一维相扫三坐标雷达广泛采用线性相控阵天线，在仰角上相扫，方位上机描；对于N单元线阵，假如单元线阵为等间距d排列，则它的方向性图函数可以用辛克函数表示为：

式中：θ为俯仰角，φ为方位角，取俯仰上波束宽度为2°，最大值指向θ_B＝0，d＝0.5λ，单元线阵个数N取30；方位上的波束宽度为2°，最大值指向φ₀＝0；

则其归一化方向性图函数为：

把式(5)带入式(1)便得到一维相扫脉冲幅度模型；

步骤四：截获二维相扫雷达的脉冲幅度特性：

假设二维相扫雷达采用60×60矩形格排列平面阵列天线，且阵元间隔d₁、d₂均为0.5λ；则

因此，雷达的方向性函数可以近似为：

式中：θ是波束指向的俯仰角，φ是波束指向的方位角，F₁(θ,φ)是水平方向线阵的天线方向图，F₂(θ,φ)是垂直方向的线阵天线方向图；

当α＝β＝0时，雷达的归一化方向性函数为：

将式(9)代入式(1)，即可得到二维相扫雷达脉冲幅度起伏特性函数；

步骤五：基于互相关法识别相控阵雷达体制，采用如下步骤：

A.利用传统机械扫描雷达体制与相控阵体制的脉冲幅度起伏特性有明显的区别的特征，采用两个相互独立的一维离散正弦值信号序列函数{S₁(i)}和{S₂(j)}，利用离散序列函数来实现对相似系数值的区别来判断雷达侦察机截获的对方雷达辐射源发射的脉冲串的调制体制参数；

B.步骤A中的定义离散序列函数{S₁(i)}和{S₂(j)}，其中i,j＝1,2,…,N，其互相关相似系数如下式所示：

式中，{S₁(i)}和{S₂(j)}为非负且不恒为0的序列；

由式可知，当两个序列信号完全不相关的时候，C_r为0，当两个信号完全相同时，C_r为1；

相似系数C_r完全可以用来表征两个脉冲幅度包络函数与特定标准参考函数的相似程度，且相似系数永远保持在0～1之间，进而通过相似系数值的区别来判断雷达侦察机截获的对方雷达辐射源发射的脉冲串的调制体制参数；

C.不同体制下的雷达脉冲序列均与正弦函数序列相似，故选取标准参考函数的相似序列为正弦函数，其表达式如下式所示：

S(k)＝sin(kπ/N),K＝0,1,…，N。

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