發(fā)布時間：2020-10-31 18:05

　　 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,現(xiàn)代戰(zhàn)爭對于預(yù)警機(jī)的要求越來越高,常規(guī)預(yù)警機(jī)的高成本、需要搭載工作人員等問題也漸漸凸顯出來。近年來由于無人機(jī)的快速發(fā)展,無人機(jī)以其造價便宜、隱蔽性強(qiáng)、無機(jī)內(nèi)人員等優(yōu)勢成為新一代預(yù)警機(jī)平臺的熱門選擇。然而高空長航時無人機(jī)的設(shè)計往往更多考慮一定載荷下的飛行性能,而忽略載荷為具有大型天線的遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)的情況,使得在無人機(jī)上安裝常規(guī)大型相控陣?yán)走_(dá)面臨諸多困難,因此需要討論新的天線設(shè)計方案并對該方案在雜波及干擾背景下進(jìn)行參數(shù)設(shè)計和性能評估。一種比較容易想到的方案是采用安裝在機(jī)翼下表面的水平陣面可以獲得更大的天線面積。另一方面,考慮到機(jī)載預(yù)警雷達(dá)下視工作時會受到地雜波和干擾影響,嚴(yán)重影響其對目標(biāo)的檢測性能,因此需要對雜波和干擾抑制方法進(jìn)行研究。已有的雜波抑制、干擾抑制、參數(shù)設(shè)計和性能評估等方面的研究主要針對的是垂直或接近垂直于地面的豎直平面陣天線,而充分利用無人機(jī)機(jī)翼面積的水平平面陣天線研究甚少,因此需要開展針對水平平面陣的研究。本文主要針對水平平面陣機(jī)載預(yù)警雷達(dá)雜波干擾抑制及性能評估進(jìn)行研究。建立了三維任意陣列的雜波模型,開展雜波特性和空時自適應(yīng)處理(STAP)雜波抑制方法研究,給出了一種適用于水平陣面的子陣合成方式。針對異步短脈沖干擾,提出了一種陷波濾波干擾抑制方法。針對重頻選擇運算量大的問題,給出了一種快速重頻選擇方法。改進(jìn)了波位設(shè)計方法使之適用于水平陣面情況。改進(jìn)了雷達(dá)探測距離計算方法,減小了由于氣象衰減造成的誤差。主要工作內(nèi)容概括如下:1.水平平面陣雜波特性及雜波抑制方法研究。水平陣面的雜波特性與傳統(tǒng)垂直陣面有很大區(qū)別。本文首先建立了三維任意陣列的雜波模型,并推導(dǎo)了陣面水平擺放這一特例情況下雜波在不同域中的分布特性;對比前視陣依據(jù)該雜波模型對一些常用的降維STAP算法的有效性進(jìn)行了研究,給出了一種水平陣面下的子陣合成方式。2.機(jī)載預(yù)警雷達(dá)抗干擾方法研究。本文在深入分析了窄帶連續(xù)波干擾及異步短脈沖干擾這兩種無意干擾產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上建立了對應(yīng)的干擾信號模型。針對窄帶連續(xù)波干擾,本文分析了兩種抑制方法各自的特點及適用范圍,仿真驗證了這兩種方法的有效性;針對異步短脈沖干擾,本文提出了一種陷波濾波干擾抑制方法,該方法處理速度快、計算量小,并通過仿真和實測數(shù)據(jù)處理驗證了所提干擾抑制方法的有效性。3.機(jī)載預(yù)警雷達(dá)參數(shù)設(shè)計和性能評估方法研究。雷達(dá)的探測性能和工作參數(shù)密切相關(guān),因此在進(jìn)行性能評估前必須找到最優(yōu)的工作參數(shù)(包括波位排列、重頻等)。傳統(tǒng)的波位設(shè)計方法應(yīng)用于水平陣面構(gòu)型或不規(guī)則陣面時會產(chǎn)生較大誤差,本文在比較兩種陣面波束形狀和掃描方式的基礎(chǔ)上改進(jìn)了原有波位設(shè)計方法,使其可以應(yīng)用于水平陣面。傳統(tǒng)的最優(yōu)重頻選擇方法運算量極大,影響性能評估效率;本文給出了一種快速重頻設(shè)計方法,極大地減少了重頻選擇所需時間。性能評估時大氣及氣象衰減對于雷達(dá)探測距離的計算有很大的影響,本文通過迭代減小了由于大氣及氣象衰減造成的探測距離計算誤差。最后總結(jié)了較為完善的性能評估流程及誤差計算方法。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN974;V243.2
【部分圖文】：

為選型提供依據(jù)。(a) 美國全球鷹無人機(jī) (b) 美國掠食者無人機(jī)圖1.1 無人機(jī)外形圖1.2 研究歷史與現(xiàn)狀預(yù)警機(jī)誕生于第二次世界大戰(zhàn)末。70 年來，預(yù)警機(jī)已歷經(jīng)考驗，通過大大小小的戰(zhàn)爭證明了自身的價值。在軍事需求和技術(shù)發(fā)展的共同作用下，其定位、產(chǎn)品形態(tài)和技術(shù)形態(tài)均發(fā)生了重大和深刻的變化。預(yù)警機(jī)大致可劃分為三代。第一代預(yù)警機(jī)采用脈沖-多普勒雷達(dá)技術(shù)，使得雷達(dá)升空后仍可以探測強(qiáng)雜波背景下的低空目標(biāo)，其載機(jī)普遍為中小型飛機(jī)，無法搭載大型設(shè)備，因此探測距離不遠(yuǎn)。第二代預(yù)警機(jī)以俄羅斯海軍的 A-50 預(yù)警機(jī)和美國空軍的 E-2、E-3 系列為代表[5]，普遍使用大型飛機(jī)作為載機(jī)平臺以搭載更多的相關(guān)設(shè)備和工作人員[7]。此時預(yù)警機(jī)形態(tài)發(fā)生了很大改變，變得更加多元化。第二代預(yù)警機(jī)努力降低天線副瓣

對應(yīng)的多普勒頻率也為負(fù)。從圖中可以看出近程距離多普勒線發(fā)生明顯彎曲，這同樣表明了近程雜波的距離非平穩(wěn)性。圖2.8 距離多普勒線2.3 空時自適應(yīng)處理基本原理及方法2.3.1 全空時自適應(yīng)處理基本原理Brennan 等在 1970 年提出了空時自適應(yīng)處理(STAP)方法[15]，其主要原理是將空域自適應(yīng)波束形成技術(shù)推廣到空時二維域中，形成最優(yōu)空時自適應(yīng)處理。其主要原理如圖 2.9 所示。

(a) “背鰭”陣天線外觀結(jié)構(gòu)圖 (b) “背鰭”陣天線內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖4.3 “背鰭”陣天線結(jié)構(gòu)示意圖4、水平天線陣預(yù)警機(jī)未來的發(fā)展方向包括了小型化、集群化、持久化和無人化[12]，高空長航時無人機(jī)這種新興的軍事裝備具有生產(chǎn)成本低、易形成規(guī)模、全天時工作以及無駕駛?cè)藛T等特點，可以很好地滿足預(yù)警機(jī)的發(fā)展要求。但是由于該類無人機(jī)本身結(jié)構(gòu)及載荷限制，很難安裝上述天線設(shè)備。圖 4.4(a)展示了某型號的高空長航時無人機(jī)，根據(jù)該類無人機(jī)具有較大機(jī)翼的特點，可以在無人機(jī)的機(jī)翼下表面水平安裝相控陣天線，其天線安裝形式如圖 4.4(b)所示。波束以一定下視角斜下視掃描，實現(xiàn)對載機(jī)下方 360°方位掃描。載機(jī)軸向機(jī)翼相控陣天線(a) 某型號高空長航時無人機(jī)外觀圖 (b) 水平陣天線結(jié)構(gòu)仰視圖圖4.4 水平天線陣結(jié)構(gòu)示意圖
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本文編號：2864313