一种全空域凝视数字阵列雷达系统技术方案

本发明专利技术提供了一种全空域凝视数字阵列雷达系统。该系统包括：数字天线阵列、射频前端、波束合成网络和控制与处理中心，所述数字天线阵列采用半球面和圆柱面相结合的结构，且圆柱阵面的高度与半球阵面的半径需满足一定的关系；发射时，雷达通过控制与处理中心控制各个子阵波束形成网络及对应的天线单元发射信号；接收时，雷达回波经数字天线阵面各接收阵元接收后形成多路回波信号，通过控制与处理中心进行目标检测和跟踪等处理。本发明专利技术中的全空域凝视数字阵列雷达系统具有超强的多目标和全空域同时监视能力，可以提高雷达对整个空域的预警效率，可以同时跟踪各个空域角度的多个目标，全空域实时监视能力强。全空域实时监视能力强。全空域实时监视能力强。

【技术实现步骤摘要】
一种全空域凝视数字阵列雷达系统


[0001]本专利技术涉及雷达
，尤其涉及一种全空域凝视数字阵列雷达系统。

技术介绍

[0002]随着无人机蜂群等技术快速发展和各种安保需求的日益提升，雷达需要监视的目标种类和数量不断增加，探测任务变得越来越复杂，雷达系统需具备广域、多目标的实时探测能力。
[0003]目前，现有技术中的雷达系统多采用平面阵列或抛物面天线形式，只能够实现一定空域范围内的多目标分时监测，若目标分布于雷达系统周围的整个空域，则传统雷达无法同时完成对整个空域内多个目标的跟踪测量。
[0004]现有平面相控阵雷达天线多采用机械扫描和电扫描相结合的方式实现方位角和部分俯仰角的分时扫描，当对多目标进行跟踪和测量时，雷达系统的数据率低，且无法实现大俯仰角空域的覆盖。为了实现雷达的全空域实时扫描能力，最优的方式是采用半球面天线阵面，半球面天线阵面的阵元利用率高，保证了在全空域情况下天线辐射的各向均匀性。但半球面天线阵的问题在于，其有效辐射面积会随着俯仰扫描角的降低而变化。当扫描角大于特定值时，有效面积将会减小，在极限扫描角90
°
时其有效辐射面积会减小到一半。为了保证数字天线阵列俯仰向的辐射均匀性，可通过向下扩展球面，从而使整个扫描过程中的天线有效面积保持恒定。
[0005]因此，研究并设计全空域多目标雷达探测系统，对解决全空域多目标的监视、测量及控制问题，具有十分重要的应用价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术的实施例提供了一种全空域凝视数字阵列雷达系统，以实现有效地提高雷达对整个空域的预警监视效率。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
[0008]一种全空域凝视数字阵列雷达系统，包括：数字天线阵列、射频前端、波束合成网络和控制与处理中心，所述数字天线阵列采用半球面和圆柱面相结合的结构，且圆柱阵面的高度与半球阵面的半径需满足一定的关系；
[0009]发射时，雷达通过控制与处理中心控制各个子阵波束形成网络及对应的天线单元发射信号；接收时，雷达回波经数字天线阵面各接收阵元接收后形成多路回波信号，通过控制与处理中心进行目标检测和跟踪处理。
[0010]优选地，在进行波束扫描时，所述全空域凝视数字阵列雷达系统具备全向波束发射窄波束接收和窄波束发射窄波束接收两种波束扫描方式，全向波束发射窄波束接收用于完成对全空域目标的搜索预警，窄波束发射窄波束接收模式用于远距离目标探测和跟踪。
[0011]优选地，当系统工作于全向波束发射窄波束接收模式时，雷达阵面上的每个天线单元都作为独立的发射单元，在空间中形成具有均匀增益的全向发射波束，在接收的时候，
各个天线接收单元均接收来自空间的反射信号，并通过波束合成和信号处理技术形成多个高增益窄波束，实现全空域中多个目标的同时搜索与探测。
[0012]优选地，当系统工作于窄波束发射窄波束接收模式时，雷达阵面上的各个天线单元通过馈电网络组成若干各子阵，每个子阵通过发射波束合成的方式在对应的方向上形成较窄的高增益收发波束，实现空间多个空域目标的同时远距离探测与跟踪。
[0013]优选地，所述数字天线阵列中的半球面天线阵面和圆柱面天线阵面的半径尺寸为R
a
，圆柱面天线阵面的高度为数字天线阵列的天线阵面采用截面与球面直径相等的柱面向下延伸，整个天线阵面是半球面加柱面形式，在低仰角时通过加入部分柱面阵元进行波束合成，实现整个天线阵面在全空域内跟踪目标时增益均匀性。
[0014]优选地，所述波束合成网络包括子阵级波束合成网络和子阵间波束合成网络，阵元级的幅度相位加权在子阵级波束合成网络处理器中完成，通过子阵级波束合成处理器实现相应波束的初级数字波束形成，经电光转换成光信号，由光纤传送子阵间波束形成处理器；子阵间波束形成处理器用于对各子阵输出的波束合成信号进行次级波束形成，形成多个高增益的窄波束。
[0015]由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术的全空域凝视数字阵列雷达系统具有超强的多目标和全空域同时监视能力，可以提高雷达对整个空域的预警监视效率。由于全空域凝视数字阵列雷达可以连续地对整个空域进行实时探测，可以同时跟踪各个空域角度的多个目标，系统数据率高，全空域实时监视能力强。
[0016]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术实施例提供的一种全空域凝视数字阵列雷达天线中的阵面模型示意图；
[0019]图2为本专利技术实施例提供的一种全空域凝视数字阵列雷达全向波束发射窄波束接收模式示意图；
[0020]图3为本专利技术实施例提供的一种全空域凝视数字阵列雷达窄波束发射窄波束接收模式示意图；
[0021]图4为本专利技术实施例提供的一种全空域凝视数字阵列雷达系统的基本结构和工作原理示意图；
[0022]图5为本专利技术实施例提供的一种全空域凝视数字阵列雷达的波束形成原理示意图。
具体实施方式
[0023]下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0024]本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0025]本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0026]为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。
[0027]全空域探测是指在方位0～360
°
，俯仰0～90
°<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全空域凝视数字阵列雷达系统，其特征在于，包括：数字天线阵列、射频前端、波束合成网络和控制与处理中心，所述数字天线阵列采用半球面和圆柱面相结合的结构，且圆柱阵面的高度与半球阵面的半径需满足一定的关系；发射时，雷达通过控制与处理中心控制各个子阵波束形成网络及对应的天线单元发射信号；接收时，雷达回波经数字天线阵面各接收阵元接收后形成多路回波信号，通过控制与处理中心进行目标检测和跟踪处理。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在进行波束扫描时，所述全空域凝视数字阵列雷达系统具备全向波束发射窄波束接收和窄波束发射窄波束接收两种波束扫描方式，全向波束发射窄波束接收用于完成对全空域目标的搜索预警，窄波束发射窄波束接收模式用于远距离目标探测和跟踪。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当系统工作于全向波束发射窄波束接收模式时，雷达阵面上的每个天线单元都作为独立的发射单元，在空间中形成具有均匀增益的全向发射波束，在接收的时候，各个天线接收单元均接收来自空间的反射信号，并通过波束合成和信号处理技术形成多个高增益窄波束，实现全空域中多个目标的同时搜索与探测。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明江，王晨，闻映红，梁坤，王欣瑶，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：