CN116893413A - 一种分布式实孔径机载预警雷达探测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及机载预警雷达探测领域，提供一种分布式实孔径机载预警雷达探测系统及方法，系统包括综合处理与控制后端、无线传输网络和多个飞行单元；多个飞行单元用于根据探测任务需求形成分布式实孔径阵列，并进行预警探测，产生基带回波信号；综合处理与控制后端用于接收基带回波信号，对基带回波信号进行处理，形成探测目标的探测结果；无线传输网络用于实现多个飞行单元与综合处理与控制后端的交互信息实时传输和时空同步。本公开突破了单个大平台承载的天线口径的限制，极大地提升了对新型威胁目标的探测能力以及复杂环境下的环境适应性和生存能力，在系统升级迭代时，仅需对相应飞行单元进行能力提升即可实现系统的战术技术性能提升。

Description

一种分布式实孔径机载预警雷达探测系统及方法

技术领域

本公开涉及机载预警雷达探测技术领域，特别涉及一种分布式实孔径机载预警雷达探测系统及方法。

背景技术

机载预警雷达利用飞机平台的高度优势，可实现对低空的无人机、巡航导弹等目标的远距离搜索与跟踪，是现代空战体系中的核心探测装备。现有的机载预警雷达重点依托大型飞机平台进行探测，雷达天线孔径、发射功率、空间自由度以及机动能力等都受到平台能力的限制。目前，新型隐身飞机、分布式干扰、防区外对空打击武器等正在快速发展，对大型预警机的探测能力、环境适应性和系统生存能力等提出了挑战。因此，如何探索与发展新形态机载预警雷达以应对其面临的挑战，成为机载预警探测领域亟待解决的问题。

发明内容

本公开旨在至少解决现有技术中存在的问题之一，提供一种分布式实孔径机载预警雷达探测系统及方法。

本公开的一个方面，提供了一种分布式实孔径机载预警雷达探测系统，所述探测系统包括综合处理与控制后端、无线传输网络和多个飞行单元；

多个所述飞行单元用于根据探测任务需求形成分布式实孔径阵列，并进行预警探测，产生基带回波信号；

所述综合处理与控制后端用于接收所述基带回波信号，对所述基带回波信号进行处理，形成探测目标的探测结果；

所述无线传输网络用于实现多个所述飞行单元与所述综合处理与控制后端的交互信息实时传输和时空同步。

可选地，所述综合处理与控制后端包括任务管理模块，所述任务管理模块用于根据所述探测任务需求，生成各个所述飞行单元分别对应的位置指令；所述位置指令包括各个所述飞行单元形成所述分布式实孔径阵列所分别对应的位置参数；

各个所述飞行单元均包括飞控模块，所述飞控模块用于根据对应的所述位置指令，控制对应的所述飞行单元处于对应的飞行位置，以使各个所述飞行单元按照半波长编队间距飞行，形成所述分布式实孔径阵列。

可选地，所述任务管理模块还用于根据所述探测任务需求，确定所述飞行单元的需求数量，以使所述分布式实孔径阵列包括的所述飞行单元的数量与所述需求数量一致。

可选地，所述综合处理与控制后端还包括波束控制模块，所述波束控制模块用于根据所述探测任务需求，生成各个所述飞行单元分别对应的射频收发指令；所述射频收发指令包括各个所述飞行单元在所述分布式实孔径阵列下的射频收发工作参数；

各个所述飞行单元还包括探测天线和射频收发组件，所述射频收发组件用于根据对应的所述射频收发指令，通过所述探测天线发射波束，产生所述基带回波信号；其中，所述分布式实孔径阵列包括的各个所述飞行单元发射的波束，在空间中形成满足所述探测任务需求的笔形或赋形波束。

可选地，所述综合处理与控制后端还包括自适应波束形成模块、空时信号处理模块、数据处理模块；

所述自适应波束形成模块用于根据所述基带回波信号，基于自适应波束形成算法生成所述基带回波信号对应的输出波束；

所述空时信号处理模块用于对所述基带回波信号进行空时二维处理，得到所述基带回波信号的空域信息和时域信息；

所述数据处理模块用于根据所述输出波束以及所述空域信息和所述时域信息，形成所述探测目标的点航迹信息。

可选地，所述综合处理与控制后端还包括显示控制模块，所述显示控制模块用于根据所述点航迹信息，实时形成所述探测目标的态势信息。

可选地，所述综合处理与控制后端还包括幅相校正模块，所述幅相校正模块用于根据所述探测目标的态势信息，生成所述分布式实孔径阵列中各个所述飞行单元的幅相校正系数，以使各个所述飞行单元基于所述幅相校正系数分别对各自的幅相进行校准。

可选地，所述综合处理与控制后端和各个所述飞行单元还分别包括各自的通信天线；

所述无线传输网络用于采用毫米波通信技术或者5G通信技术体制，基于所述通信天线实现所述综合处理与控制后端与各个所述飞行单元之间的交互信息实时传输。

可选地，所述飞行单元的数量大于等于100；和/或所述探测系统基于FPGA和DSP处理器形成开放式体系架构。

本公开的另一个方面，提供了一种分布式实孔径机载预警雷达探测方法，应用于前文记载的分布式实孔径机载预警雷达探测系统，所述探测方法包括：

各个飞行单元根据探测任务需求形成分布式实孔径阵列，并进行预警探测，产生基带回波信号，并将所述基带回波信号通过无线传输网络发送至综合处理与控制后端；

所述综合处理与控制后端通过接收所述基带回波信号，对所述基带回波信号进行处理，形成探测目标的探测结果。

本公开相对于现有技术而言，突破了单个大平台承载的天线口径的限制，极大地提升了对隐身飞机等新型威胁目标的探测能力以及复杂环境下的环境适应性和生存能力，在系统升级迭代时，仅需通过对相应飞行单元进行能力提升即可实现系统的战术技术性能提升，从而实现装备能力的不断演化发展。

附图说明

一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本公开一实施方式提供的分布式实孔径机载预警雷达探测系统的结构示意图；

图2为本公开另一实施方式提供的一种分布式实孔径机载预警雷达探测方法的流程图。

具体实施方式

为使本公开实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本公开各实施方式中，为了使读者更好地理解本公开而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本公开所要求保护的技术方案。以下各个实施方式的划分是为了描述方便，不应对本公开的具体实现方式构成任何限定，各个实施方式在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

本公开的一个实施方式涉及一种分布式实孔径机载预警雷达探测系统，如图1所示，包括综合处理与控制后端、无线传输网络和多个飞行单元。

多个飞行单元用于根据探测任务需求形成分布式实孔径阵列，并进行预警探测，产生基带回波信号。

具体的，飞行单元可以是搭载有小型化射频收发（Transmitter and Receiver，T/R）组件和天线阵元的无人机。分布式实孔径阵列中的各个飞行单元能够直接对前视观测场景下的目标进行探测，其方位向分辨率取决于阵列孔径的尺寸，通过调整阵列中飞行单元的数量，即可对阵列孔径的尺寸进行调整，从而突破了单个大平台承载的天线口径限制。

综合处理与控制后端用于接收基带回波信号，对基带回波信号进行处理，形成探测目标的探测结果。具体的，综合处理与控制后端可以通过对基带回波信号进行波束形成、空时信号与数据处理等，得到探测结果。本实施方式并不限制对基带回波信号进行处理的具体形式，只要能够根据基带回波信号得到探测目标的探测结果即可。

无线传输网络用于实现多个飞行单元与综合处理与控制后端的交互信息实时传输和时空同步。具体的，无线传输网络可以将综合处理与控制后端产生的时空同步信号发送给各个飞行单元，以使各个飞行单元将该时空同步信号作为为时空基准信号。无线传输网络还可以将各个飞行单元在探测过程中产生的基带回波信号作为反馈信号，实时发送给综合处理与控制后端，从而实现多个飞行单元和综合处理与控制后端之间的交互信息实时传输。

本实施方式提供的分布式实孔径机载预警雷达探测系统相对于现有技术而言，采用“化整为零”的思路，在探测系统中设置了综合处理与控制后端以及多个飞行单元，将多个飞行单元用于根据探测任务需求形成分布式实孔径阵列，并进行预警探测，产生基带回波信号，将综合处理与控制后端用于接收基带回波信号，对基带回波信号进行处理，形成探测目标的探测结果，突破了单个大平台承载的天线口径的限制，极大地提升了对隐身飞机等新型威胁目标的探测能力以及复杂环境下的环境适应性和生存能力。同时，该探测系统依托多个飞行单元形成的分布式实孔径阵列进行预警探测，在系统升级迭代时，仅需通过对相应飞行单元进行能力提升即可实现系统的战术技术性能提升，从而实现装备能力的不断演化发展。

示例性的，如图1所示，综合处理与控制后端包括任务管理模块。任务管理模块用于根据探测任务需求，生成各个飞行单元分别对应的位置指令。位置指令包括各个飞行单元形成分布式实孔径阵列所分别对应的位置参数。

各个飞行单元均包括飞控模块。飞控模块用于根据对应的位置指令，控制对应的飞行单元处于对应的飞行位置，以使各个飞行单元按照半波长编队间距飞行，形成分布式实孔径阵列。也就是说，各个飞行单元的飞控模块可以根据各自接收到的位置指令，控制其所在的飞行单元处于对应的飞行位置，从而使各个飞行单元实现半波长密集协同飞行，以通过动态收发相参波束合成等，形成满足探测任务需求的低副瓣实孔径阵列，在此基础上完成机载预警雷达探测任务。

示例性的，任务管理模块还用于根据探测任务需求，确定飞行单元的需求数量，以使分布式实孔径阵列包括的飞行单元的数量与需求数量一致。也就是说，任务管理模块可以根据不同的预警探测任务需求，动态组合不同数量的飞行单元形成所需的实孔径阵面，从而进一步突破了单个大平台承载的天线口径的限制，进一步提升了对隐身飞机等新型威胁目标的探测能力。

示例性的，如图1所示，综合处理与控制后端还包括波束控制模块。波束控制模块用于根据探测任务需求，生成各个飞行单元分别对应的射频收发指令。射频收发指令包括各个飞行单元在分布式实孔径阵列下的射频收发工作参数。

如图1所示，各个飞行单元还包括探测天线和T/R即射频收发组件。射频收发组件用于根据对应的射频收发指令，通过探测天线发射波束，产生基带回波信号。其中，分布式实孔径阵列包括的各个飞行单元发射的波束，在空间中形成满足探测任务需求的笔形或赋形波束。具体的，各个飞行单元中，射频收发组件中的发射通道可以根据对应的射频收发指令完成任意波形的产生、变频、滤波放大、功率放大，之后通过探测天线发射相应的波束。在此基础上，射频收发组件中的接收通道完成微波信号的接收、放大、变频、滤波和数字化等处理，形成相应的基带回波信号。

通过在综合处理与控制后端中设置波束控制模块，在各个飞行单元中设置探测天线和射频收发组件，提高了探测信号收发的灵活性，进一步提升了系统的探测能力。

示例性的，如图1所示，综合处理与控制后端还包括自适应波束形成模块、空时信号处理模块、数据处理模块。

自适应波束形成模块用于根据基带回波信号，基于自适应波束形成算法生成基带回波信号对应的输出波束。换句话说，自适应波束形成模块可以综合各个飞行单元提供的基带回波信号，基于自适应波束形成算法生成对应的输出波束，以增强有用信号，抑制干扰。需要说明的是，本实施方式并不对自适应波束形成算法的具体类型进行限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

空时信号处理模块用于对基带回波信号进行空时二维处理，得到基带回波信号的空域信息和时域信息。通过采用空时二维处理，可以有效克服分别进行空域处理和时域处理所存在的不足，进一步增强有用信号，抑制干扰。

数据处理模块用于根据输出波束以及空域信息和时域信息，形成探测目标的点航迹信息。数据处理模块可以综合利用自适应波束形成模块得到的输出波束以及空时信号处理模块都得到的空域信息和时域信息，在此基础上合成探测目标的点航迹信息，从而根据探测目标的点航迹信息进行预警。

示例性的，如图1所示，综合处理与控制后端还包括显示控制模块。显示控制模块用于根据点航迹信息，实时形成探测目标的态势信息，以根据探测目标的态势信息进行预警。显示控制模块还可以对探测目标的点航迹信息和态势信息进行显示，以实现探测结果的可视化。

示例性的，如图1所示，综合处理与控制后端还包括幅相校正模块。幅相校正模块用于根据探测目标的态势信息，生成分布式实孔径阵列中各个飞行单元的幅相校正系数，以使各个飞行单元基于幅相校正系数分别对各自的幅相进行校准。也就是说，幅相校正模块可以根据探测目标的实时态势信息，动态控制各个飞行单元的波束波形参数，使各个飞行单元能够基于动态调整后的波束波形参数进行预警探测，从而进一步提升系统的资源使用效率。

示例性的，如图1所示。综合处理与控制后端和各个飞行单元还分别包括各自的通信天线。无线传输网络用于采用毫米波通信技术或者5G通信技术体制，基于通信天线实现综合处理与控制后端与各个飞行单元之间的交互信息实时传输，从而实现各个飞行单元和综合处理与控制后端之间的大容量、低时延、低误码率的实时信息交互。其中，交互信息具体可以包括综合处理与控制后端向各个飞行单元发送的编队控制指令、飞行单元平台位置及姿态信息、波束波形参数等信息，以及各个飞行单元向综合处理与控制后端发送的基带回波信号等信息。

示例性的，飞行单元的数量大于等于100。通过将探测系统中飞行单元的数量设置为大于等于100，可以避免少数飞行单元战损对整个探测系统探测能力的影响，提高了探测系统的鲁棒性，有效解决了单一平台系统战场脆弱性的难题。

示例性的，分布式实孔径机载预警雷达探测系统基于FPGA和DSP处理器形成开放式体系架构。也就是说，分布式实孔径机载预警雷达探测系统可以采用FPGA和DSP处理器作为硬件支撑，形成开放式体系架构，不仅可以在该体系架构中设置上述各个功能模块，还可以在使用过程中根据实际需要设置其他功能模块，从而不断拓展系统的功能，提高系统的探测能力。

以图1所示的分布式实孔径机载预警雷达探测系统为例，将探测目标设定为F-22隐身飞机，分布式实孔径机载预警雷达探测系统中的飞行单元个数设置为128，各飞行单元的工作波段设置在甚高频（Very High Frequency ，VHF）波段，各飞行单元的发射信号设置为水平极化信号，单个飞行单元的峰值功率设置为大于10W，则该探测系统对F-22隐身飞机的探测距离可达到大于260km。

本公开的另一个实施方式涉及一种分布式实孔径机载预警雷达探测方法，应用于上述任一实施方式所述的分布式实孔径机载预警雷达探测系统，如图2所示，该探测方法包括：

步骤S110，各个飞行单元根据探测任务需求形成分布式实孔径阵列，并进行预警探测，产生基带回波信号，并将基带回波信号通过无线传输网络发送至综合处理与控制后端；

步骤S120，综合处理与控制后端通过接收基带回波信号，对基带回波信号进行处理，形成探测目标的探测结果。

本公开实施方式相对于现有技术而言，依托多个飞行单元形成的分布式实孔径阵列进行预警探测，突破了单个大平台承载的天线口径的限制，极大地提升了对隐身飞机等新型威胁目标的探测能力以及复杂环境下的环境适应性和生存能力。

示例性的，步骤S110中，各个飞行单元根据探测任务需求形成分布式实孔径阵列，包括：综合处理与控制后端通过任务管理模块，根据探测任务需求，生成各个飞行单元分别对应的位置指令；各个飞行单元均通过各自的飞控模块，根据对应的所述位置指令，控制其处于对应的飞行位置，使各个飞行单元按照半波长编队间距飞行，形成分布式实孔径阵列。其中，位置指令包括各个飞行单元形成分布式实孔径阵列所分别对应的位置参数。

示例性的，在综合处理与控制后端通过任务管理模块，根据探测任务需求，生成各个飞行单元分别对应的位置指令之前，分布式实孔径机载预警雷达探测方法还包括：综合处理与控制后端通过任务管理模块，根据探测任务需求，确定飞行单元的需求数量，以使该需求数量个飞行单元形成分布式实孔径阵列。

本实施方式进一步突破了单个大平台承载的天线口径的限制，进一步提升了对隐身飞机等新型威胁目标的探测能力。

示例性的，步骤S110中，各个飞行单元进行预警探测，产生基带回波信号，包括：综合处理与控制后端通过波束控制模块，根据探测任务需求，生成各个飞行单元分别对应的射频收发指令；各个飞行单元利用射频收发组件，根据对应的射频收发指令，通过探测天线发射波束，产生基带回波信号。其中，射频收发指令包括各个飞行单元在分布式实孔径阵列下的射频收发工作参数。分布式实孔径阵列包括的各个飞行单元发射的波束，在空间中形成满足探测任务需求的笔形或赋形波束。

本实施方式提高了探测信号收发的灵活性，进一步提升了探测能力。

示例性的，步骤S120中，综合处理与控制后端对基带回波信号进行处理，形成探测目标的探测结果，包括：综合处理与控制后端通过自适应波束形成模块，根据基带回波信号，基于自适应波束形成算法生成基带回波信号对应的输出波束；通过空时信号处理模块，对基带回波信号进行空时二维处理，得到基带回波信号的空域信息和时域信息；通过数据处理模块，根据输出波束以及空域信息和时域信息，形成探测目标的点航迹信息。

本实施方式可以有效克服分别进行空域处理和时域处理所存在的不足，增强有用信号，抑制干扰，提高点航迹信息的准确度。

示例性的，在形成探测目标的点航迹信息之后，分布式实孔径机载预警雷达探测方法还包括：综合处理与控制后端通过显示控制模块，根据点航迹信息，实时形成探测目标的态势信息。在得到态势信息之后，还可以对探测目标的点航迹信息和态势信息进行显示，以实现探测结果的可视化。

示例性的，在形成探测目标的态势信息之后，分布式实孔径机载预警雷达探测方法还包括：综合处理与控制后端通过幅相校正模块，根据探测目标的态势信息，生成分布式实孔径阵列中各个飞行单元的幅相校正系数，使各个飞行单元基于幅相校正系数分别对各自的幅相进行校准。也就是说，综合处理与控制后端可以通过幅相校正模块，根据探测目标的实时态势信息，动态控制各个飞行单元的波束波形参数，使各个飞行单元能够基于动态调整后的波束波形参数进行预警探测，从而进一步提升系统的资源使用效率。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本公开的具体实施方式，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种分布式实孔径机载预警雷达探测系统，其特征在于，所述探测系统包括综合处理与控制后端、无线传输网络和多个飞行单元；

多个所述飞行单元用于根据探测任务需求形成分布式实孔径阵列，并进行预警探测，产生基带回波信号；

所述综合处理与控制后端用于接收所述基带回波信号，对所述基带回波信号进行处理，形成探测目标的探测结果；

所述无线传输网络用于实现多个所述飞行单元与所述综合处理与控制后端的交互信息实时传输和时空同步。

2.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于，

所述综合处理与控制后端包括任务管理模块，所述任务管理模块用于根据所述探测任务需求，生成各个所述飞行单元分别对应的位置指令；所述位置指令包括各个所述飞行单元形成所述分布式实孔径阵列所分别对应的位置参数；

各个所述飞行单元均包括飞控模块，所述飞控模块用于根据对应的所述位置指令，控制对应的所述飞行单元处于对应的飞行位置，以使各个所述飞行单元按照半波长编队间距飞行，形成所述分布式实孔径阵列。

3.根据权利要求2所述的探测系统，其特征在于，所述任务管理模块还用于根据所述探测任务需求，确定所述飞行单元的需求数量，以使所述分布式实孔径阵列包括的所述飞行单元的数量与所述需求数量一致。

4.根据权利要求3所述的探测系统，其特征在于，所述综合处理与控制后端还包括波束控制模块，所述波束控制模块用于根据所述探测任务需求，生成各个所述飞行单元分别对应的射频收发指令；所述射频收发指令包括各个所述飞行单元在所述分布式实孔径阵列下的射频收发工作参数；

各个所述飞行单元还包括探测天线和射频收发组件，所述射频收发组件用于根据对应的所述射频收发指令，通过所述探测天线发射波束，产生所述基带回波信号；其中，所述分布式实孔径阵列包括的各个所述飞行单元发射的波束，在空间中形成满足所述探测任务需求的笔形或赋形波束。

5.根据权利要求1至4任一项所述的探测系统，其特征在于，

所述综合处理与控制后端还包括自适应波束形成模块、空时信号处理模块、数据处理模块；

所述自适应波束形成模块用于根据所述基带回波信号，基于自适应波束形成算法生成所述基带回波信号对应的输出波束；

所述空时信号处理模块用于对所述基带回波信号进行空时二维处理，得到所述基带回波信号的空域信息和时域信息；

所述数据处理模块用于根据所述输出波束以及所述空域信息和所述时域信息，形成所述探测目标的点航迹信息。

6.根据权利要求5所述的探测系统，其特征在于，所述综合处理与控制后端还包括显示控制模块，所述显示控制模块用于根据所述点航迹信息，实时形成所述探测目标的态势信息。

7.根据权利要求6所述的探测系统，其特征在于，所述综合处理与控制后端还包括幅相校正模块，所述幅相校正模块用于根据所述探测目标的态势信息，生成所述分布式实孔径阵列中各个所述飞行单元的幅相校正系数，以使各个所述飞行单元基于所述幅相校正系数分别对各自的幅相进行校准。

8.根据权利要求1至4任一项所述的探测系统，其特征在于，所述综合处理与控制后端和各个所述飞行单元还分别包括各自的通信天线；

所述无线传输网络用于采用毫米波通信技术或者5G通信技术体制，基于所

述通信天线实现所述综合处理与控制后端与各个所述飞行单元之间的交互信息实时传输。

9.根据权利要求1至4任一项所述的探测系统，其特征在于，所述飞行单元的数量大于等于100；和/或所述探测系统基于FPGA和DSP处理器形成开放式体系架构。

10.一种分布式实孔径机载预警雷达探测方法，其特征在于，应用于权利要求1至9任一项所述的分布式实孔径机载预警雷达探测系统，所述探测方法包括：

各个飞行单元根据探测任务需求形成分布式实孔径阵列，并进行预警探测，产生基带回波信号，并将所述基带回波信号通过无线传输网络发送至综合处理与控制后端；

所述综合处理与控制后端通过接收所述基带回波信号，对所述基带回波信号进行处理，形成探测目标的探测结果。