一种天基海空动目标广域探测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种天基海空动目标广域探测系统，它包含采用编队飞行的低轨双星架构，该系统包含发射卫星和接收卫星。发射卫星通过一副宽波束天线来发射微波信号，持续照射探测区域；接收卫星采用两幅天线，分别为一副对天面直达波天线和一副对地面数字阵列天线。目标回波信号或直达波信号依次经过射频接收模块、中频放大模块和信号采集模块处理，再被传送至星上高速信号处理单元处理。本发明专利技术复杂程度低且易于实现，且可克服传统地基雷达广域探测海空动目标时因波束驻留时间短、目标距离走动和多普勒模糊导致检测性能下降或失效的问题。

A space-based sea air moving target wide area detection system

The invention discloses a space-based sea air moving target wide area detection system, which consists of a low orbit double star architecture adopting formation flying, which includes transmitting satellites and receiving satellites. The transmitting satellite launches microwave signals through a wide beam antenna, and continuously irradiate the detection area. The receiving satellite adopts two antennas, namely, one pair of direct antenna and one pair of ground digital array antennas. The target echo signal or direct wave signal is processed by radio frequency receiving module, intermediate frequency amplifying module and signal acquisition module successively, and then transmitted to the high-speed signal processing unit on the satellite. The invention is low in complexity and easy to implement, and can overcome the problem of detection performance degradation or failure due to short beam residence time, target distance walk and Doppler ambiguity in traditional ground-based radar wide area detection of sea and air moving targets.

【技术实现步骤摘要】
一种天基海空动目标广域探测系统
本专利技术涉及雷达系统与信号处理
，特别是涉及一种天基海空动目标广域探测系统。
技术介绍
现有技术主要是采用地基机械扫描雷达或相控阵雷达进行海空动目标的广域探测。为了实现大范围快速搜索，雷达发出的窄波束无法在某一位置驻留较长时间，而海空动目标的回波信号还存在距离走动、多普勒模糊现象，这就严重影响目标脉冲间的能量积累，导致检测性能下降，甚至不能检测出远距离或动目标雷达散射截面积RCS较小的运动目标。针对地基机械扫描雷达或相控阵雷达的动目标检测问题，研究方法分为以下两类：(1)检测前跟踪方法(TBD)：TBD类方法采用非相参积累的方法对脉压后的回波信号进行处理，但在信噪比较低的情况下，该方法积累效率不高。(2)检测后跟踪方法(DBT)：DBT类方法主要研究长相参积累时间内，动目标的距离走动补偿和多普勒扩展补偿。现有的距离走动补偿方法主要有时分包络移位补偿法、频分包络移位补偿法、包络插值移位法、相参Radon变换法、Radon-Fourier变换法、Keystone变换法等。现有的多普勒扩展补偿方法主要有最大似然函数法(ML)、解线调法或Chirp-Fourier变换、Radon-Wigner变换、Wigner-Hough变换、Radon-ambiguity变换、chirplet变换、分数阶傅里叶变换等。通过专利检索，共检索出技术专利1项，专利技术专利4项，分别一种无源雷达双通道接收机射频对消系统(CN201420048872)、一种无源雷达双通道接收机射频对消方法(CN20141003641)、一种同时校正一阶和二阶距离徙动的相参积累检测方法(CN201410654337)、基于Keystone和加权旋转FFT的目标检测方法(CN201510150340)和微弱信号接收前端和接收方法(CN201610557183)。前两项专利重在描述无源雷达双通道接收机射频对消系统和方法，通过射频对消抑制外辐射源信号中的直达波信号，从而提取出微弱目标的反射信号，最后一项专利重在描述高灵敏度射频前端电路设计方法，均与本专利相关度不高。本专利技术与其余两项专利的研究对象不同，上述专利主要针对地基机械扫描雷达或相控阵雷达研究动目标检测方法，而本专利技术提出了一种天基海空动目标广域探测系统，其工作体制与传统地基机械扫描雷达或相控阵雷达完全不同，相应的动目标检测方法也存在明显差异。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种天基海空动目标广域探测系统，通过采用数字阵列雷达天线、双基地雷达构型和泛探雷达工作体制实现海空动目标的广域探测，可以克服传统地基雷达广域探测海空动目标时因波束驻留时间短、目标距离走动和多普勒模糊导致检测性能下降甚至失效的问题。本专利技术提供的一种天基海空动目标广域探测系统，其包含：发射卫星，其设有对地面天线通过宽波束辐射微波信号，覆盖整个探测区域；接收卫星，其设有对天面直达波天线通过宽波束接收所述微波信号的天线旁瓣作为直达波信号，还设有对地面数字阵列天线通过窄波束接收由微波信号的天线主瓣经探测区域内海空目标反射所形成的回波信号。优选地，所述对地面数字阵列天线包含M×N个处理信号的数字阵列天线组件，所述数字阵列天线组件各自通过内部集成的第一射频收发模块、第一中频放大模块和第一信号采集模块，与所述接收卫星的星上高速信号处理单元光纤通信连接。优选地，所述第一射频收发模块依次进行限幅、宽带滤波、低噪放和混频处理；所述第一中频放大模块依次进行滤波放大、数控衰减和滤波放大处理；所述第一信号采集模块依次进行高速模数转换、数控下变频、滤波抽取和电光转换处理。优选地，由所述对地面数字阵列天线接收的回波信号，依次经第一射频收发模块、第一中频放大模块和第一信号采集模块处理后，通过光纤通信被传送至所述星上高速信号处理单元的光电转换模块中进行光电转换后，再被传送至星上高速信号处理单元的FPGA处理模块组中依次进行互相关、相参积累、恒虚警检测和目标信息提取处理。优选地，所述对天面直达波天线通过内部集成有第二射频收发模块、第二中频放大模块和第二信号采集模块的直达波组件，与接收卫星的星上高速信号处理单元通信连接。优选地，所述第二射频收发模块依次进行限幅、宽带滤波、低噪放和混频处理；所述第二滤波放大模块依次进行滤波放大、数控衰减和滤波放大处理；所述第二信号采集模块依次进行高速模数转换、数控下变频、滤波抽取和电光转换处理。优选地，由所述对天面直达波天线接收的所述直达波信号，依次经第二射频收发模块、第二中频放大模块和第二信号采集模块处理后，被传送至所述星上高速信号处理单元的光电转换模块中进行光电转换后，被传送至星上高速信号处理单元的FPGA处理模块组中依次进行互相关、相参积累、恒虚警检测和目标信息提取处理。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术采用收发分置的双星构型，与现有技术的地基单站雷达相比，双基地散射角可增大海空动目标的目标散射截面积RCS，提高目标回波能量和检测概率；(2)本专利技术采用宽发窄收的泛探雷达工作体制，与现有技术的窄波束机扫和相扫雷达相比，瞬时覆盖整个探测范围，无需波束全视场扫描过程，海空动目标长时间处于雷达波束范围内，便于回波能量相参积累，提高目标检测概率；(3)本专利技术采用数字阵列雷达天线，与现有技术的和差三通道雷达相比，一方面可利用数字波束形成技术同时形成二维多波束，瞬时覆盖探测范围，另一方面M×N个通道的回波数据可采用阵列信号处理方法实现杂波抑制和动目标检测。附图说明图1a空中目标示意图；图1b探测空中目标90°入射双基RCS特性分析示意图；图1c探测空中目标60°入射双基RCS特性分析示意图；图1d海面目标示意图；图1e探测海面目标90°入射双基RCS特性分析示意图；图1f探测海面目标60°入射双基RCS特性分析示意图；图2本专利技术的天基海空目标广域探测系统工作原理示意图；图3a传统相控阵雷达工作体制示意图；图3b本专利技术的天基海空目标广域探测系统搜索方式示意图；图4本专利技术的天基海空目标广域探测系统原理示意图；图5本专利技术的目标检测信号处理流程示意图。其中，1.发射卫星；2.接收卫星；3.对地面数字阵列天线；4.对天面直达波天线。具体实施方式本专利技术提供了一种天基海空动目标广域探测系统，为使本专利技术更明显易懂，以下结合附图与具体实施方式对本专利技术做进一步说明。结合图2、图4和图5所示，本专利技术采用宽发窄收且收发分置的双星构型，其包含一颗发射卫星1和一颗接收卫星2。发射卫星1采用一副对地面宽波束天线来发射微波信号，持续照射，覆盖整个探测区域。该宽波束天线发射天线旁瓣和天线主瓣，天线旁瓣作为直达波信号，天线主瓣信号经探测区域内海空目标反射形成了回波信号。接收卫星2包含对地面数字阵列天线3、直达波组件和星上高速信号处理单元；直达波组件包含对天面直达波天线4，所以接收卫星2使用了两部天线：一部对天面直达波天线4采用宽波束接收发射卫星1的直达波信号，另一部对地面数字阵列天线3采用窄波束接收探测区域内海空目标的回波信号。接收卫星2的对地面数字阵列天线3采用数字阵列雷达天线，接收海空目标的回波信号时，同时形成二维多波束瞬时覆盖整个探测范围，在高速星载平台上实现目标的大范围快速搜索。直达波组件还包含射频接收模块、中频放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天基海空动目标广域探测系统，其特征在于，其包含：发射卫星(1)，其设有对地面天线通过宽波束辐射微波信号，覆盖整个探测区域；接收卫星(2)，其设有对天面直达波天线(4)通过宽波束接收所述微波信号的天线旁瓣作为直达波信号，还设有对地面数字阵列天线(3)通过窄波束接收由微波信号的天线主瓣经探测区域内海空目标反射所形成的回波信号。

【技术特征摘要】
1.一种天基海空动目标广域探测系统，其特征在于，其包含：发射卫星(1)，其设有对地面天线通过宽波束辐射微波信号，覆盖整个探测区域；接收卫星(2)，其设有对天面直达波天线(4)通过宽波束接收所述微波信号的天线旁瓣作为直达波信号，还设有对地面数字阵列天线(3)通过窄波束接收由微波信号的天线主瓣经探测区域内海空目标反射所形成的回波信号。2.如权利要求1所述的一种天基海空动目标广域探测系统，其特征在于，所述对地面数字阵列天线(3)包含M×N个处理信号的数字阵列天线组件(R)，所述数字阵列天线组件(R)各自通过内部集成的第一射频收发模块、第一中频放大模块和第一信号采集模块，与所述接收卫星(2)的星上高速信号处理单元光纤通信连接。3.如权利要求2所述的一种天基海空动目标广域探测系统，其特征在于，所述第一射频收发模块依次进行限幅、宽带滤波、低噪放和混频处理；所述第一中频放大模块依次进行滤波放大、数控衰减和滤波放大处理；所述第一信号采集模块依次进行高速模数转换、数控下变频、滤波抽取和电光转换处理。4.如权利要求3所述的一种天基海空动目标广域探测系统，其特征在于，由所述对地面数字阵列天线(3)接收的回波信号，依次经第一射频收发模块、第一中频放大模块和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雁斌，黄勇，王卓群，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31