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基于阵列天线的空中目标搜索与跟踪

王韬  
【摘要】: 21世纪是航空航天技术高速发展的世纪。人类生活的上空出现了越来越多的活动目标如无人机、小卫星等等,这些目标总体上来讲可以分为两类,一类是非合作目标,一类是合作目标。如何对这些目标进行探测跟踪是学术界的研究热点问题。 对非合作目标来说,它本身并不散射电磁波,靠反射雷达回波来对目标进行定位,传统的雷达分辨力较低,靠判断回波中的多普勒信息和时延信息来进行空间目标的判断,对于角度信息,分辨力较低,无法在方位向和俯仰角上进行超分辨估计,这为电子对抗带来一定的困难。 对于合作目标而言,我国传统的测控手段是靠窄波束大增益天线进行捕获和跟踪。由于小卫星星群的空间活动,这时在一个测控作用范围内将会出现多颗小卫星,要求地面站对其作用范围内的多星同时进行测控和管理。我国已有的航天测控站基本不具有同时测控的功能,根本原因在于我国现有测控站是使用一个大的窄波束(高增益)天线捕获并跟踪卫星,待跟踪稳定后对卫星进行测控,引导和伺服系统不可能使庞大的硬天线在多个航天器之间跳动跟踪。 针对这些问题,国内外学者开展了许多研究工作,提出了一些算法,并建立了一些实验平台。随着阵列信号处理技术的发展,对空域目标的探测与跟踪将会达到一个新的水平。 本课题来源于重庆市院士基金项目“微波成像技术用于空中目标搜索”和总参国防预研项目“小卫星测控总体技术研究”,提出了一种基于阵列天线的多波束跟踪系统的解决方案。具体从以下几个方面开展了研究工作: 一、介绍了阵列天线基础知识,分析了常用的三种阵列结构以及空间群目标信源数的判断准则。 二、重点研究了几种波达方向估计算法,特别是超分辨DOA估计算法MUSIC算法和ESPRIT算法,并讨论了相干多径条件下的信源波达方向估计问题。 三、数字DBF技术是通过在数字域调整每个阵元的加权系数,从而调整发射和接收波束指向,在信号的来波方向上形成主波束而在干扰方向上形成零陷。论文介绍了数字波束形成算法的基本原理,介绍了数字波束形成算法的最优权准则以及常用的自适应权值更新算法。 四、针对无人机群在到达作战空域后一般是静默飞行或者使用向上无后瓣的窄波束天线通过卫星与基地交换数据,在电子对抗中,我方很难发现,更谈不上对抗这个问题。论文提出一种基于阵列天线的解决方案,通过向某一特定空域发


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