[发明专利]大型分布式空间监测雷达的最优化波束对齐方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及大型分布式空间监测雷达的最优化波束对齐技术，特别涉及一种大型分布式空间监测雷达的最优化波束对齐方法。

背景技术

地基雷达设备是获取近地轨道空间碎片信息的最主要来源。为了实现对近地轨道碎片的完备、无遗漏探测，地基雷达的东西向覆盖空域至少要大于轨道碎片的邻圈经度跨度，即对1000km轨道高度目标，雷达的东西向覆盖宽度需要高达27度经度。单台雷达难以实现上述需求，只有采用大型分布式雷达系统来才能实现完备的空间监测，典型设备为美国的“电子篱笆”。

由于任务职能的需要，大型分布式空间监测雷达通常采用连续波雷达体制，更易于进行不间断的连续探测。为解决收发站之间电磁隔离度问题，连续波雷达体制本身一般都会采用收发站分置的模式。而且，为了获得大范围东西向空域覆盖，分布式雷达的站址间距会很大，通常收发站址最近距离能达到400km。此外，空间监测雷达为了获得大的功率增益，会将波束宽度压缩至较窄，特别是南北向宽度，基本都是0.1度量级。可以看出，分布式雷达要实现如此远距离、大范围、极窄波束的高精度空域拼接和对齐，如何选择优化的站址位置、确定测站的最优偏转角度以及波束的精确指向等这些最优化波束对齐问题是决定雷达系统能否成功构建和有效运行的关键因素之一。

结合大型分布式空间监测雷达的最优化波束对齐需求，寻找一种能够最优化确定雷达站址、测站偏转方向以及波束的精准指向的波束对齐方法，并能够对波束空域对齐效果进行定量描述和评估，这对于大型分布式空间监测雷达的系统规划和布站建设十分必要。

发明内容

本发明主要目的是解决大型分布式空间监测雷达在波束对齐的难题，满足能够最优化求解雷达站址、测站偏转方向以及波束的精准指向等波束对齐参数，并定量描述和评估波束对齐效果的需求。

本发明通过以下技术方案实现上述目的。

一种大型分布式空间监测雷达的最优化波束对齐方法，包括以下步骤：

步骤一、读入待分析的多个初始站址参数；

步骤二、根据步骤一的站址参数，按照下式分别计算发射站、接收站的最优测站偏转角度，即发射站俯仰角Ε_T、发射站方位角Α_T、接收站俯仰角Ε_R、接收站方位角Α_R：

其中ρ(Ε_T,Α_T)为接收站R到发射波束中心平面的距离；Θ(Ε_R,Α_R)为接收波束中心平面的法线与发射波束中心平面的法线交角；

步骤三、将步骤一和步骤二中计算得到站址、偏转角度代入式(3)，根据基于圆锥角度坐标的收发波束二维投影分析方法进行发射波束投影：

其中，R_R-GOC、R_T-GOC分别表示接收站R和发射站T在地心地固坐标系下的位置矢量；Π_T/R表示位置矢量从站心地平坐标系转换到站心赤道坐标系的旋转矩阵；P_T/R表示位置矢量从阵面坐标系转换到站心地平坐标系的旋转矩阵；包络线上轨道高度为H的各点表示为Φ_T/R-H＝[L,α_x-T/R,α_y-T/R]^T，其中包络点到测站的站心斜距为L，在测站各自阵面坐标系O-xyz的圆锥角度坐标α_x-T/R、α_y-T/R；r_Φ(Φ_T/R-H)表示包络线各点在地心地固坐标系下的位置矢量，T/R表示发射站或者接收站；

步骤四、在发射波束投影图中，根据最优波束覆盖计算方法，利用最优门限对发射波束投影区域进行排列覆盖，给出每个接收波束指向，并对收发覆盖情况进行直观评估，若满足要求，则结束整个流程；否则，执行步骤五；

步骤五、将初始站址代入最优化目标函数，按照约束条件(4)迭代求解最优站址：

其中，两个接收站到发射波束平面中心的距离和为Γ(Ψ_T)，Ψ_T为最优站址，Ψ_T0为原始站址，Δ(Ψ_T-Ψ_T0)为两站址的差异函数，Α_T为偏转指向，lower limit、upper limit为差异函数的上限和下限，根据移动站址的实际限制进行确定；