本發(fā)明涉及一種天基雷達(dá)設(shè)計(jì)方法，具體涉及一種高速平臺(tái)雷達(dá)波束覆蓋設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、同比其它平臺(tái)預(yù)警雷達(dá)，天基預(yù)警雷達(dá)因不受國(guó)界領(lǐng)空限制、覆蓋范圍廣和平臺(tái)高度高等優(yōu)勢(shì)，具備對(duì)海面艦船目標(biāo)、空中（包括高空、中空、低空和超低空）飛機(jī)導(dǎo)彈等目標(biāo)全天時(shí)、全天候和全球范圍內(nèi)的預(yù)警監(jiān)視信息獲取和支持潛力。目前，受太空大功率供電和大天線綜合性能限制，并考慮到設(shè)備的發(fā)射和運(yùn)送成本，天基預(yù)警雷達(dá)系統(tǒng)的軌道方案通常選在中軌以下，主要集中在低軌和超低軌上。而低軌和超低軌平臺(tái)的一大特點(diǎn)就是雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度高，均在7km/s以上。

2、相控陣天基預(yù)警雷達(dá)為了實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋的同時(shí)達(dá)到一定的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率，在每個(gè)波位需要進(jìn)行一定時(shí)間的波束駐留，在7km/s以上的雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度水平下，若仍按照常規(guī)靜止或低速平臺(tái)進(jìn)行波位覆蓋設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致某些波位上相鄰波束覆蓋出現(xiàn)間隙，若相鄰波束間隔時(shí)間按一個(gè)波位駐留時(shí)間計(jì)算，該間隙可達(dá)幾十米至上百米，造成較大的區(qū)域覆蓋漏洞，而某些波位上相鄰波束覆蓋重疊過密，則造成一定的雷達(dá)資源浪費(fèi)。這是預(yù)警雷達(dá)設(shè)計(jì)中不希望出現(xiàn)的問題，特別是針對(duì)波束覆蓋間隙問題。

3、因此，相控陣天基預(yù)警雷達(dá)高速平臺(tái)波束覆蓋設(shè)計(jì)非常必要，在保證平臺(tái)高速運(yùn)行情況下雷達(dá)波束連續(xù)覆蓋重點(diǎn)距離區(qū)域的同時(shí)，盡量降低雷達(dá)資源的浪費(fèi)，提高雷達(dá)波束覆蓋效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種高速平臺(tái)雷達(dá)波束覆蓋設(shè)計(jì)方法，解決了常規(guī)靜止或低速平臺(tái)預(yù)警雷達(dá)波束覆蓋設(shè)計(jì)方法高速平臺(tái)應(yīng)用中相鄰波束覆蓋出現(xiàn)間隙，區(qū)域覆蓋漏洞和覆蓋重疊過密的問題，使得平臺(tái)運(yùn)動(dòng)后各波位波束在重點(diǎn)距離區(qū)域達(dá)到連續(xù)覆蓋的同時(shí)，減小波束覆蓋過密問題，從而達(dá)到提高雷達(dá)波束覆蓋效率的目的。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種高速平臺(tái)雷達(dá)波束覆蓋設(shè)計(jì)方法，該方法包含：

3、（1）確定常規(guī)靜態(tài)波束覆蓋設(shè)計(jì)時(shí)的波束相對(duì)位移；

4、根據(jù)雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度、正掃時(shí)波束駐留時(shí)間以及常規(guī)靜止或低速平臺(tái)波束覆蓋設(shè)計(jì)下的波位參數(shù)，確定第 i個(gè)波位的方位波束相對(duì)位移，確定第 i個(gè)波位的俯仰波束相對(duì)位移；

5、（2）確定滿足覆蓋條件時(shí)所允許的最大波束相對(duì)位移；

6、利用常規(guī)靜態(tài)波束覆蓋設(shè)計(jì)時(shí)和擬設(shè)計(jì)時(shí)相鄰波束交接深度所對(duì)應(yīng)的波束寬度，確定第個(gè)波位方位波束臨域特定距離上不出現(xiàn)覆蓋間隙所允許的最大波束相對(duì)位移，確定第個(gè)波位俯仰波束臨域特定距離上不出現(xiàn)覆蓋間隙所允許的最大波束相對(duì)位移；

7、（3）建立約束不等式；

8、根據(jù)步驟（1）的常規(guī)靜態(tài)波束覆蓋設(shè)計(jì)時(shí)的波束相對(duì)位移和步驟（2）的滿足覆蓋條件時(shí)所允許的最大波束相對(duì)位移，建立第個(gè)波位方位向的不等式形式和第個(gè)波位俯仰向的不等式形式；

9、（4）求解約束不等式；

10、（5）確定最終設(shè)計(jì)結(jié)果；

11、根據(jù)步驟（4）的求解結(jié)果，確定方位波束交接深度對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)波束寬度和俯仰波束交接深度對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)波束寬度，完成高速平臺(tái)下的波束覆蓋設(shè)計(jì)。

12、優(yōu)選地，在步驟（1）中，所述第 i個(gè)波位的方位波束相對(duì)位移如下：

13、（1）

14、在公式（1）中，為雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，為方位和俯仰均正掃時(shí)波束駐留時(shí)間，為陣面法向?qū)?yīng)的下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的水平面上的方位掃描角，為第個(gè)波位的波束下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，， p為第 i個(gè)波位波束與其前一相鄰方位波束的波位間隔數(shù)，式中的負(fù)號(hào)和正號(hào)分別對(duì)應(yīng)方位前掃和后掃的情況；

15、所述第 i個(gè)波位的俯仰波束相對(duì)位移如下：

16、（2）

17、在公式（2）中，為雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，為方位和俯仰均正掃時(shí)波束駐留時(shí)間，為陣面法向?qū)?yīng)的下視角，為第個(gè)波位的波束下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的水平面上的方位掃描角，為第個(gè)波位的波束下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，， q為第 i個(gè)波位波束與其前一相鄰俯仰波束的波位間隔數(shù)。

18、優(yōu)選地，和在方位波束前掃時(shí)為正，后掃時(shí)為負(fù)，通過如下關(guān)系式由確定：

19、（3）

20、在公式（3）中，為陣面法向?qū)?yīng)的下視角，為第個(gè)波位的波束下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的陣面上的方位掃描角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的水平面上的方位掃描角。

21、優(yōu)選地，在步驟（2）中，所述確定第個(gè)波位方位波束臨域特定距離上不出現(xiàn)覆蓋間隙所允許的最大波束相對(duì)位移如下：

22、（4）

23、在公式（4）中，為方位正掃時(shí)的3db波束寬度，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的陣面上的方位掃描角，為方位擬設(shè)計(jì)的更高波束交接深度所對(duì)應(yīng)的正掃時(shí)波束寬度， r表示特定距離；

24、所述確定第個(gè)波位俯仰波束臨域特定距離上不出現(xiàn)覆蓋間隙所允許的最大波束相對(duì)位移如下：

25、（5）

26、在公式（5）中，為俯仰正掃時(shí)的3db波束寬度，為俯仰擬設(shè)計(jì)的更高波束交接深度所對(duì)應(yīng)的正掃時(shí)波束寬度， r表示特定距離，為第個(gè)波位的波束下視角，為陣面法向?qū)?yīng)的下視角。

27、優(yōu)選地，在步驟（3）中，所述第個(gè)波位方位向的不等式形式如下：

28、（6）

29、在公式（6）中，為第 i個(gè)波位的方位波束相對(duì)位移，為第個(gè)波位方位波束臨域特定距離上不出現(xiàn)覆蓋間隙所允許的最大波束相對(duì)位移；

30、第個(gè)波位俯仰向所建立的不等式形式如下：

31、（7）

32、在公式（7）中，為第 i個(gè)波位的俯仰波束相對(duì)位移，為第個(gè)波位俯仰波束臨域特定距離上不出現(xiàn)覆蓋間隙所允許的最大波束相對(duì)位移。

33、優(yōu)選地，在步驟（4）中，求解所述公式（6）可得，方位向擬設(shè)計(jì)的波束交接深度所對(duì)應(yīng)的正掃時(shí)的波束寬度應(yīng)滿足如下公式：

34、（8）

35、在公式（8）中，為方位正掃時(shí)的3db波束寬度，為雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，為方位和俯仰均正掃時(shí)波束駐留時(shí)間，為陣面法向?qū)?yīng)的下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的陣面上的方位掃描角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的水平面上的方位掃描角， r表示特定距離，為第個(gè)波位的波束下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，， p為第 i個(gè)波位波束與其前一相鄰方位波束的波位間隔數(shù)，式中的負(fù)號(hào)和正號(hào)分別對(duì)應(yīng)方位前掃和后掃的情況；

36、求解所述公式（7）可得，俯仰向擬設(shè)計(jì)的波束交接深度所對(duì)應(yīng)的正掃時(shí)的波束寬度應(yīng)滿足如下公式：

37、（9）

38、在公式（9）中，為俯仰正掃時(shí)的3db波束寬度，為雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，為方位和俯仰均正掃時(shí)波束駐留時(shí)間，為陣面法向?qū)?yīng)的下視角，為第個(gè)波位的波束下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的水平面上的方位掃描角， r表示特定距離，為第個(gè)波位的波束下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，， q為第 i個(gè)波位波束與其前一相鄰俯仰波束的波位間隔數(shù)。

39、優(yōu)選地，在步驟（5）中，在使的波束掃描區(qū)域，方位波束交接深度對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)波束寬度為：

40、（10）

41、在公式（10）中，為使的波束掃描區(qū)域所包含波位的波位號(hào)集合，為方位正掃時(shí)的3db波束寬度，為雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，為方位和俯仰均正掃時(shí)波束駐留時(shí)間，為天線陣列橫軸與雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度水平夾角，即陣列斜側(cè)角，為陣面法向?qū)?yīng)的下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的陣面上的方位掃描角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的水平面上的方位掃描角， r表示特定距離，為第個(gè)波位的波束下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，，其中 p為第 i個(gè)波位波束與其前一相鄰方位波束的波位間隔數(shù)，式中的負(fù)號(hào)和正號(hào)分別對(duì)應(yīng)方位前掃和后掃的情況。

42、優(yōu)選地，在步驟（5）中，在使的波束掃描區(qū)域，方位波束交接深度對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)波束寬度為：

43、（11）

44、在公式（11）中，為使的波束掃描區(qū)域所包含波位的波位號(hào)集合，為方位正掃時(shí)的3db波束寬度，為雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，為方位和俯仰均正掃時(shí)波束駐留時(shí)間，為天線陣列橫軸與雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度水平夾角，即陣列斜側(cè)角，為陣面法向?qū)?yīng)的下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的陣面上的方位掃描角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的水平面上的方位掃描角， r表示特定距離，為第個(gè)波位的波束下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，，其中 p為第 i個(gè)波位波束與其前一相鄰方位波束的波位間隔數(shù)，式中的負(fù)號(hào)和正號(hào)分別對(duì)應(yīng)方位前掃和后掃的情況。

45、在使的波束掃描區(qū)域，俯仰波束交接深度對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)波束寬度為：

46、（12）

47、在公式（12）中，為使的波束掃描區(qū)域所包含波位的波位號(hào)集合，為俯仰正掃時(shí)的3db波束寬度，為雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，為方位和俯仰均正掃時(shí)波束駐留時(shí)間，為天線陣列橫軸與雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度水平夾角，即陣列斜側(cè)角，為陣面法向?qū)?yīng)的下視角，為第個(gè)波位的波束下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的水平面上的方位掃描角， r表示特定距離，為第個(gè)波位的波束下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，，其中 q為第 i個(gè)波位波束與其前一相鄰俯仰波束的波位間隔數(shù)（包含第 i個(gè)波位）。

48、優(yōu)選地，在步驟（5）中，在使的波束掃描區(qū)域，俯仰波束交接深度對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)波束寬度為：

49、（13）

50、在公式（13）中，為使的波束掃描區(qū)域所包含波位的波位號(hào)集合，為俯仰正掃時(shí)的3db波束寬度，為雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，為方位和俯仰均正掃時(shí)波束駐留時(shí)間，為天線陣列橫軸與雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度水平夾角，即陣列斜側(cè)角，為陣面法向?qū)?yīng)的下視角，為第個(gè)波位的波束下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的水平面上的方位掃描角， r表示特定距離，為第個(gè)波位的波束下視角，為第個(gè)波位波束對(duì)應(yīng)的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，，其中 q為第 i個(gè)波位波束與其前一相鄰俯仰波束的波位間隔數(shù)。

51、本發(fā)明的一種高速平臺(tái)雷達(dá)波束覆蓋設(shè)計(jì)方法，解決了常規(guī)靜止或低速平臺(tái)預(yù)警雷達(dá)波束覆蓋設(shè)計(jì)方法高速平臺(tái)應(yīng)用中相鄰波束覆蓋出現(xiàn)間隙，區(qū)域覆蓋漏洞和覆蓋重疊過密的問題，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

52、1、本發(fā)明方法根據(jù)相控陣天基預(yù)警雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)時(shí)平臺(tái)高速運(yùn)動(dòng)下的雷達(dá)波束覆蓋規(guī)律，建立滿足各波位波束覆蓋要求的約束不等式對(duì)靜態(tài)波束交接深度進(jìn)行約束設(shè)計(jì)，可使平臺(tái)運(yùn)動(dòng)后各波位波束在重點(diǎn)距離區(qū)域達(dá)到連續(xù)覆蓋的同時(shí)，減小波束覆蓋過密問題，顯著降低了常規(guī)靜止或低速平臺(tái)波束覆蓋設(shè)計(jì)方法導(dǎo)致的覆蓋間隙和覆蓋過密影響，大大提高了雷達(dá)波束覆蓋效率。

53、2、本發(fā)明方法中的各波位約束不等式為一階線性模型，求解簡(jiǎn)單方便，且僅需雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度、正掃時(shí)波束駐留時(shí)間以及常規(guī)靜止或低速平臺(tái)波束覆蓋設(shè)計(jì)下的波位參數(shù)和波束交接深度對(duì)應(yīng)的正掃時(shí)波束寬度，因此本發(fā)明方法具有運(yùn)算量小，可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

54、3、本發(fā)明方法中考慮了天線陣列橫軸向和縱軸向的不同指向情況，即考慮了天線陣面在水平向和俯仰向的不同擺放形式，因此本發(fā)明方法具有適用于天線陣面多種擺放形式的特點(diǎn)。