机载预警雷达杂波干扰抑制及性能评估

发布时间：2020-10-31 18:05

　　 随着科学技术的不断发展和进步,现代战争对于预警机的要求越来越高,常规预警机的高成本、需要搭载工作人员等问题也渐渐凸显出来。近年来由于无人机的快速发展,无人机以其造价便宜、隐蔽性强、无机内人员等优势成为新一代预警机平台的热门选择。然而高空长航时无人机的设计往往更多考虑一定载荷下的飞行性能,而忽略载荷为具有大型天线的远程警戒雷达的情况,使得在无人机上安装常规大型相控阵雷达面临诸多困难,因此需要讨论新的天线设计方案并对该方案在杂波及干扰背景下进行参数设计和性能评估。一种比较容易想到的方案是采用安装在机翼下表面的水平阵面可以获得更大的天线面积。另一方面,考虑到机载预警雷达下视工作时会受到地杂波和干扰影响,严重影响其对目标的检测性能,因此需要对杂波和干扰抑制方法进行研究。已有的杂波抑制、干扰抑制、参数设计和性能评估等方面的研究主要针对的是垂直或接近垂直于地面的竖直平面阵天线,而充分利用无人机机翼面积的水平平面阵天线研究甚少,因此需要开展针对水平平面阵的研究。本文主要针对水平平面阵机载预警雷达杂波干扰抑制及性能评估进行研究。建立了三维任意阵列的杂波模型,开展杂波特性和空时自适应处理(STAP)杂波抑制方法研究,给出了一种适用于水平阵面的子阵合成方式。针对异步短脉冲干扰,提出了一种陷波滤波干扰抑制方法。针对重频选择运算量大的问题,给出了一种快速重频选择方法。改进了波位设计方法使之适用于水平阵面情况。改进了雷达探测距离计算方法,减小了由于气象衰减造成的误差。主要工作内容概括如下:1.水平平面阵杂波特性及杂波抑制方法研究。水平阵面的杂波特性与传统垂直阵面有很大区别。本文首先建立了三维任意阵列的杂波模型,并推导了阵面水平摆放这一特例情况下杂波在不同域中的分布特性;对比前视阵依据该杂波模型对一些常用的降维STAP算法的有效性进行了研究,给出了一种水平阵面下的子阵合成方式。2.机载预警雷达抗干扰方法研究。本文在深入分析了窄带连续波干扰及异步短脉冲干扰这两种无意干扰产生原因的基础上建立了对应的干扰信号模型。针对窄带连续波干扰,本文分析了两种抑制方法各自的特点及适用范围,仿真验证了这两种方法的有效性;针对异步短脉冲干扰,本文提出了一种陷波滤波干扰抑制方法,该方法处理速度快、计算量小,并通过仿真和实测数据处理验证了所提干扰抑制方法的有效性。3.机载预警雷达参数设计和性能评估方法研究。雷达的探测性能和工作参数密切相关,因此在进行性能评估前必须找到最优的工作参数(包括波位排列、重频等)。传统的波位设计方法应用于水平阵面构型或不规则阵面时会产生较大误差,本文在比较两种阵面波束形状和扫描方式的基础上改进了原有波位设计方法,使其可以应用于水平阵面。传统的最优重频选择方法运算量极大,影响性能评估效率;本文给出了一种快速重频设计方法,极大地减少了重频选择所需时间。性能评估时大气及气象衰减对于雷达探测距离的计算有很大的影响,本文通过迭代减小了由于大气及气象衰减造成的探测距离计算误差。最后总结了较为完善的性能评估流程及误差计算方法。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN974;V243.2
【部分图文】：

为选型提供依据。(a) 美国全球鹰无人机 (b) 美国掠食者无人机图1.1 无人机外形图1.2 研究历史与现状预警机诞生于第二次世界大战末。70 年来，预警机已历经考验，通过大大小小的战争证明了自身的价值。在军事需求和技术发展的共同作用下，其定位、产品形态和技术形态均发生了重大和深刻的变化。预警机大致可划分为三代。第一代预警机采用脉冲-多普勒雷达技术，使得雷达升空后仍可以探测强杂波背景下的低空目标，其载机普遍为中小型飞机，无法搭载大型设备，因此探测距离不远。第二代预警机以俄罗斯海军的 A-50 预警机和美国空军的 E-2、E-3 系列为代表[5]，普遍使用大型飞机作为载机平台以搭载更多的相关设备和工作人员[7]。此时预警机形态发生了很大改变，变得更加多元化。第二代预警机努力降低天线副瓣

对应的多普勒频率也为负。从图中可以看出近程距离多普勒线发生明显弯曲，这同样表明了近程杂波的距离非平稳性。图2.8 距离多普勒线2.3 空时自适应处理基本原理及方法2.3.1 全空时自适应处理基本原理Brennan 等在 1970 年提出了空时自适应处理(STAP)方法[15]，其主要原理是将空域自适应波束形成技术推广到空时二维域中，形成最优空时自适应处理。其主要原理如图 2.9 所示。

(a) “背鳍”阵天线外观结构图 (b) “背鳍”阵天线内部结构图图4.3 “背鳍”阵天线结构示意图4、水平天线阵预警机未来的发展方向包括了小型化、集群化、持久化和无人化[12]，高空长航时无人机这种新兴的军事装备具有生产成本低、易形成规模、全天时工作以及无驾驶人员等特点，可以很好地满足预警机的发展要求。但是由于该类无人机本身结构及载荷限制，很难安装上述天线设备。图 4.4(a)展示了某型号的高空长航时无人机，根据该类无人机具有较大机翼的特点，可以在无人机的机翼下表面水平安装相控阵天线，其天线安装形式如图 4.4(b)所示。波束以一定下视角斜下视扫描，实现对载机下方 360°方位扫描。载机轴向机翼相控阵天线(a) 某型号高空长航时无人机外观图 (b) 水平阵天线结构仰视图图4.4 水平天线阵结构示意图
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本文编号：2864313