宋思盛 張興 姜洋 李國(guó)卿

摘? 要：提出一種基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)的雙基地雷達(dá)波束三維空間同步計(jì)算方法，可以快速生成雙基地雷達(dá)發(fā)射、接收波束在距離、方位和俯仰三維同步交匯表。該方法結(jié)合雷達(dá)產(chǎn)品的研制，可適用于各種應(yīng)用領(lǐng)域的雙基地雷達(dá)波束同步的計(jì)算，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：雙基地雷達(dá);空間同步;坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

中圖分類號(hào)：TN957 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）23-0121-03

Abstract： In this paper， a three-dimensional synchronization calculation method of bistatic radar beam based on coordinate conversion technology is proposed， which can quickly generate the three-dimensional synchronous intersection table of bistatic radar transmitting and receiving beams in range， azimuth and pitch. Combined with the development of radar products， this method can be applied to the beam synchronization calculation of bistatic radar in various application fields， and has a broad application prospect.

Keywords： bistatic radar; space synchronization; coordinate conversion

1 概述

雙基地體制雷達(dá)[1]以其突出的抗有源干擾能力和戰(zhàn)場(chǎng)生存能力近年來(lái)逐漸成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)，并在防空情報(bào)和炮兵雷達(dá)領(lǐng)域應(yīng)用，如美軍開(kāi)展了多孔徑雙基地火炮定位雷達(dá)的研制[2]。雙基地雷達(dá)收發(fā)分置，基線距離從數(shù)千米到幾十千米不等，工作時(shí)收發(fā)站天線波束必須同時(shí)照射到目標(biāo)，才能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行有效的檢測(cè)，空間同步是雙基地雷達(dá)“三同”關(guān)鍵技術(shù)之一。

實(shí)現(xiàn)雙基地雷達(dá)收發(fā)波束同步的主要包括脈沖追趕和DBF同時(shí)多波束接收兩種，脈沖追趕方式需要同時(shí)考慮時(shí)間和空間的同步，隨著DBF技術(shù)的進(jìn)步及實(shí)現(xiàn)成本的逐漸降低，同時(shí)多波束接收逐漸成為雙基地雷達(dá)波束同步的主流方法，適用于脈沖體制和連續(xù)波信號(hào)體制的雙基地雷達(dá)?，F(xiàn)代雙基地雷達(dá)普遍采用有源陣列天線，收發(fā)波束為可在方位和俯仰兩維進(jìn)行靈活電掃描的針狀波束，但現(xiàn)有文獻(xiàn)如[3]、[4]、[5]主要基于雙基地平面模型在距離和方位兩維進(jìn)行波束收發(fā)同步的理論分析和推導(dǎo)，已不能滿足雙基地雷達(dá)在距離、方位和俯仰三維進(jìn)行同步的實(shí)際工程需求。

本文提供一種雙基地雷達(dá)收發(fā)波束三維同步計(jì)算方法，可適用于不同應(yīng)用領(lǐng)域采用有源相控陣列天線的雙基地雷達(dá)系統(tǒng)中，主要解決的技術(shù)問(wèn)題是給出一種實(shí)用的雙基地雷達(dá)收發(fā)波束在距離、方位和俯仰三維進(jìn)行波束空間同步的方法和計(jì)算過(guò)程。

2 雙基地雷達(dá)空間同步幾何模型

雙基地雷達(dá)由發(fā)射站和接收站組成，通過(guò)發(fā)射波束和接收波束在空間交匯掃描，對(duì)任一發(fā)射波束方向，接收站在方位和俯仰兩維方向上產(chǎn)生多個(gè)接收波束與發(fā)射波束進(jìn)行空間交匯，從而檢測(cè)交匯空間內(nèi)的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器、彈丸等目標(biāo)的探測(cè)、跟蹤測(cè)量。發(fā)射站、接收站和彈丸目標(biāo)的空間幾何模型如圖1所示，在采用DBF技術(shù)實(shí)現(xiàn)空間同步的條件下接收波束個(gè)數(shù)與雷達(dá)其它工作參數(shù)之間的關(guān)系可參考文獻(xiàn)[6]，本文不再詳述。

3 雙基地雷達(dá)發(fā)波束三維空間同步方法

本文提出的基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的雙基地雷達(dá)收發(fā)波束三維空間同步方法，要進(jìn)行陣面正弦空間坐標(biāo)系到大地直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，大地直角坐標(biāo)系之間的平移、旋轉(zhuǎn)變換，以及大地直角坐標(biāo)系到陣面直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，采用的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為成熟的計(jì)算公式，不再贅述，收發(fā)波束指向三維空間同步交匯表的詳細(xì)計(jì)算流程，具體包括以下步驟：

步驟一：建立以接收站為坐標(biāo)原點(diǎn)的大地直角坐標(biāo)系，其中接收站和發(fā)射站的坐標(biāo)分別為R（0，0，0）和T（ET，NT，HT），根據(jù)收發(fā)站和探測(cè)區(qū)域的位置關(guān)系獲得收發(fā)站天線的方位角和俯仰傾斜角，分別為AzT、ElT、AzR和ElR。

步驟二：根據(jù)雷達(dá)工作任務(wù)，在發(fā)射站陣面正弦空間坐標(biāo)系內(nèi)排列M個(gè)發(fā)射波束，（？琢Tm，？茁Tm），m=1...M，？琢Tm，？茁Tm分別為發(fā)射波束的方位和俯仰正弦值;在接收站陣面正弦空間坐標(biāo)系內(nèi)根據(jù)一定的波束交叉點(diǎn)電平排列N個(gè)接收波束，接收波束的方位正弦值？琢Rn（n=1...N）為已知值，而每個(gè)接收波束的俯仰正弦值？茁Rn為待求值。

步驟三：根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣將陣面直角坐標(biāo)系下第m個(gè)發(fā)射波束指向的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到以發(fā)射站為坐標(biāo)原點(diǎn)的大地直角坐標(biāo)系下。

聯(lián)立式（4）和式（7）得方程組如式（8）所示。若方程組有解，且求得？茁Rmn、RTmn和RRmn值均在雷達(dá)工作的正常值范圍內(nèi)，則第m個(gè)發(fā)射波束與方位正弦值為？琢Rn的接收波束可完成空間交匯;若方程組無(wú)解或者有解但？茁Rmn、RTmn和RRmn值超出雷達(dá)正常值范圍，則第m個(gè)發(fā)射波束與方位正弦值為？琢Rn的接收波束不能完成空間交匯。

步驟七：重復(fù)步驟六，對(duì)第m個(gè)發(fā)射波束與所有接收波束進(jìn)行交匯計(jì)算，獲得同步該發(fā)射波束的全部接收波束的俯仰正弦值、交匯點(diǎn)相對(duì)收發(fā)站的距離等數(shù)據(jù)。

步驟八：重復(fù)步驟三到步驟七，完成所有發(fā)射波束的接收波束簇俯仰指向與相關(guān)距離信息的計(jì)算，形成雙基地雷達(dá)的收發(fā)波束交匯表，完成雙基地雷達(dá)波束三維同步的全部計(jì)算。

依據(jù)上述方法編寫(xiě)的軟件程序，完成了某型雙基地雷達(dá)戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)條件下的收發(fā)波束三維空間同步表的實(shí)時(shí)計(jì)算，雷達(dá)根據(jù)同步表由發(fā)射站依次發(fā)射波束實(shí)現(xiàn)對(duì)給定探測(cè)區(qū)域內(nèi)的連續(xù)搜索掃描，控制接收站同時(shí)形成多個(gè)指向的DBF接收波束實(shí)現(xiàn)對(duì)既定發(fā)射波束照射空域的全覆蓋，確保對(duì)空域內(nèi)目標(biāo)的探測(cè)和跟蹤，靶場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)雙基地雷達(dá)“三同”技術(shù)中的空間同步技術(shù)難題，提出一種基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)的雙基地雷達(dá)波束三維空間同步計(jì)算方法，根據(jù)三維幾何模型和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以快速的生成雙基地雷達(dá)發(fā)射、接收波束在距離、方位和俯仰三維同步交匯表，該方法具有工程實(shí)用性，已在某型雙基地體制雷達(dá)中得到應(yīng)用。該方法結(jié)合雙基地雷達(dá)工程實(shí)踐，工程實(shí)用性強(qiáng)，可適用于各種應(yīng)用領(lǐng)域的雙基地雷達(dá)波束同步的計(jì)算，在雙基地體制雷達(dá)中具有廣闊的應(yīng)用前景，未來(lái)將帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益、軍事效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊振起，張永順，駱永軍.雙（多）基地雷達(dá)系統(tǒng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1998.

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[4]王庚，袁俊泉.天空雙基地預(yù)警雷達(dá)空間同步設(shè)計(jì)分析[J].空軍預(yù)警學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（2）：89-94.

[5]周鵬.利用收發(fā)寬波束實(shí)現(xiàn)星機(jī)雙基地SAR的波束同步[J].遙測(cè)遙感，2008（5）：27-32.

[6]陳波，黃金杰.雙（多）基地炮位偵察校射雷達(dá)的空間同步研究[J].火控雷達(dá)技術(shù)，2007（4）：36-40.