機(jī)載相控陣體制空域自適應(yīng)掃描偵察系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘" 要：高效配置掃描策略、靈活調(diào)度波束資源是提高機(jī)載相控陣體制的偵察系統(tǒng)副瓣信號(hào)截獲概率的有效途徑之一。設(shè)計(jì)一種基于脈沖級(jí)反饋的機(jī)載相控陣空域自適應(yīng)掃描偵察系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，[A3]"[A4]"通過給系統(tǒng)預(yù)置重點(diǎn)目標(biāo)監(jiān)視參數(shù)、掃描/駐留策略，實(shí)現(xiàn)相控陣于指定空域內(nèi)根據(jù)截獲的重點(diǎn)目標(biāo)自適應(yīng)控制波位駐留時(shí)間的功能。該設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于機(jī)載相控陣體制的電子對(duì)抗系統(tǒng)中，能夠有效提升其副瓣信號(hào)截獲概率。

關(guān)鍵詞：機(jī)載相控陣" 電子偵察" 波束自適應(yīng)掃描" 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN92

Design of an Airborne Phased Array Airspace Adaptive Scanning and Reconnaissance System using Beam Adaptive Spatial Scanning Method

WU Yu^*" ZHANG Shiyu" XIONG Yiyin" "YANG Feng

The 29th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation， Chengdu， Sichuan Province， 610036 China

Abstract： Efficient configuration of scanning strategies and flexible scheduling of beam resources are effective ways to improve the probability of sidelobe signal interception in airborne phased array reconnaissance systems. It designs a design scheme for an airborne phased array airspace adaptive scanning reconnaissance system based on pulse level It is one of efficient methods for an airborne phased array reconnaissance system to improve its intercept probability to signals. This design puts forward an airborne phased array reconnaissance system using beam adaptive spatial scanning method based on signals' pulse-class feedback. By presetting key target monitoring parameterssetting parameters of surveillance for important targets and scanning/ residencedwelling strategies for the systemin advance， system's phased arrays could adaptively control the wave position residence time based on intercepted key targets in the designated airspacedwelling time of scanning beam adaptively according to intercepted targets. This design could be applied to airborne electronic warfarecountermeasures systems with airborneusing phased arrays systems， effectively improving the probability of sidelobe signal interceptionfor the improvement of its intercept probability to radar sidelobe signals.

Key Wwords： Airborne phased array; Electronic reconnaissance system; Beam adaptive scanning; System design

采用相控陣體制的機(jī)載電子偵察系統(tǒng)，雖然通過大規(guī)模組陣可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度偵收雷達(dá)副瓣信號(hào)能力，但相較于數(shù)字波束形成（Digital Beam Forming，DBF）體制的偵察系統(tǒng)，其保持系統(tǒng)靈敏度前提下不具備瞬時(shí)寬空域截獲偵察能力^[1-2]；通過多級(jí)分子陣工作，盡管可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)多空域覆蓋，但又減小了單個(gè)子陣組陣規(guī)模，損失了系統(tǒng)靈敏度^[3]。相控陣偵察系統(tǒng)如何在保持系統(tǒng)靈敏度前提下，靈活調(diào)度波束資源，提升副瓣信號(hào)截獲概率，一直是國內(nèi)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。

本文提出一種基于脈沖級(jí)反饋的機(jī)載相控陣空域自適應(yīng)掃描偵察系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，方案分兩種模式運(yùn)行。模式一采用單個(gè)子陣邊掃描邊監(jiān)視方式，在配置掃描/駐留策略、重點(diǎn)目標(biāo)監(jiān)視參數(shù)后，相控陣從起始區(qū)域開始，逐波位執(zhí)行掃描任務(wù)。若當(dāng)前波位有滿足監(jiān)視條件的脈沖信號(hào)，則展寬波位駐留時(shí)間；反之掃描至下個(gè)波位，依次循環(huán)。模式二采用雙陣關(guān)聯(lián)掃描/監(jiān)視子方式，使能某2個(gè)子陣（如子陣A、B）配合執(zhí)行，子陣A進(jìn)行持續(xù)盲掃，實(shí)時(shí)刷新重點(diǎn)目標(biāo)波位引導(dǎo)信息；子陣B對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)緩存后，滑窗輸出需要駐留的重點(diǎn)波位，逐一循環(huán)進(jìn)行展寬駐留，直至有新的重點(diǎn)目標(biāo)出現(xiàn)后，再刷新重點(diǎn)駐留波位。

1 "系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

機(jī)載相控陣偵察系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。

顯示控制子系統(tǒng)承擔(dān)了用戶配置的重點(diǎn)監(jiān)視目標(biāo)、掃描駐留策略的裝訂與下達(dá)任務(wù)，并定時(shí)收集硬件的掃描波束狀態(tài)。顯示控制子系統(tǒng)與嵌入式控制子系統(tǒng)之間通過以太網(wǎng)通信。

嵌入式控制子系統(tǒng)承擔(dān)了重點(diǎn)監(jiān)視目標(biāo)參數(shù)的轉(zhuǎn)發(fā)、掃描策略翻譯與分發(fā)、統(tǒng)計(jì)各駐留波位重點(diǎn)目標(biāo)偵收情況、匹配關(guān)聯(lián)的雙子陣等任務(wù)。嵌入式控制子系統(tǒng)與波束控制子系統(tǒng)之間采用快慢雙總線控制架構(gòu)，快總線傳輸波束引導(dǎo)、子陣衰減等時(shí)敏控制信號(hào)，慢總線轉(zhuǎn)發(fā)重點(diǎn)監(jiān)視目標(biāo)，配置掃描駐留等非時(shí)敏策略性控制參數(shù)；嵌入式控制子系統(tǒng)與數(shù)字接收子系統(tǒng)之間采用快總線交互，實(shí)時(shí)傳輸脈沖信息。

波束控制子系統(tǒng)按照嵌入式控制子系統(tǒng)通過快慢總線下達(dá)的命令，控制相應(yīng)的子陣執(zhí)行延遲、移相、衰減等任務(wù)，實(shí)現(xiàn)陣列波束合成與掃描駐留功能。

數(shù)字接收子系統(tǒng)通過快總線與嵌入式控制子系統(tǒng)交互，承擔(dān)了對(duì)截獲偵察信號(hào)A/D采樣并形成脈沖描述字（Pulse Discreption Word，PDW），接收下發(fā)的重點(diǎn)監(jiān)視目標(biāo)參數(shù)，對(duì)落入?yún)?shù)區(qū)間的PDW進(jìn)行打標(biāo)上報(bào)的任務(wù)。

2"" 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1" 單子陣邊掃描邊監(jiān)視模式

單子陣邊掃描邊監(jiān)視模式的優(yōu)勢在于單個(gè)子陣即可完成偵察任務(wù)，而不損失系統(tǒng)靈敏度；其劣勢是，波位展寬駐留期間有概率損失其他重點(diǎn)目標(biāo)截獲概率^[4]。軟件設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

（1）用戶配置并下發(fā)“重點(diǎn)監(jiān)視目標(biāo)參數(shù)”，參數(shù)約定了需要監(jiān)視目標(biāo)的頻率、脈寬、幅度等參數(shù)信息。

（2）用戶配置“掃描駐留策略參數(shù)”，參數(shù)約定了掃描空域信息、掃描頻段信息、執(zhí)行掃描子陣的極化、衰減控制信息、單個(gè)掃描波位基礎(chǔ)駐留時(shí)間、單個(gè)掃描波位最大駐留時(shí)間等數(shù)信息。顯示控制子系統(tǒng)根據(jù)掃描頻段、當(dāng)前組陣規(guī)模計(jì)算出掃描步進(jìn)參數(shù)，裝訂入“掃描駐留策略參數(shù)”后一并下發(fā)。掃描步進(jìn)等于當(dāng)前所用子陣波束寬度，其計(jì)算公式為：

式（1）中：c為光速（m/s），F(xiàn)req（Hz）為當(dāng)前頻率；Dis為相控陣陣列天線單元間距；N為當(dāng)前所用子陣單元數(shù)。

（3）嵌入式控制子系統(tǒng)根據(jù)掃描駐留策略，引導(dǎo)波束控制子系統(tǒng)執(zhí)行波位掃描與駐留。

（4）數(shù)字接收子系統(tǒng)逐掃描波位生成PDW，對(duì)落入重點(diǎn)目標(biāo)監(jiān)視區(qū)間的進(jìn)行打標(biāo)處理上報(bào)。

（5）嵌入式控制子系統(tǒng)收到打標(biāo)PDW按基礎(chǔ)時(shí)間進(jìn)行波位駐留展寬，直至基礎(chǔ)時(shí)間內(nèi)無打標(biāo)PDW上報(bào)或到達(dá)最大駐留時(shí)間停止，進(jìn)入下一個(gè)波位掃描。

（6）循環(huán)重復(fù)步驟（3）～（5）。

2.2 "雙子陣關(guān)聯(lián)掃描/監(jiān)視模式

雙子陣關(guān)聯(lián)掃描/監(jiān)視模式的優(yōu)勢在于，利用子陣A盲掃信息引導(dǎo)子陣B駐留監(jiān)視重點(diǎn)目標(biāo)，在監(jiān)視重點(diǎn)目標(biāo)同時(shí)保證時(shí)敏目標(biāo)截獲概率；劣勢在于需要耗費(fèi)2個(gè)子陣系統(tǒng)資源，導(dǎo)致偵察靈敏度略有下降^[5]。其軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

（1）用戶[A5]"[A6]"對(duì)子陣A、B進(jìn)行雙陣綁定關(guān)聯(lián)，子陣A負(fù)責(zé)盲掃出引導(dǎo)信息，子陣B通過子陣A的引導(dǎo)信息進(jìn)行重點(diǎn)波位駐留監(jiān)視。

（2）用戶給子陣A、B同時(shí)配置并下發(fā)“重點(diǎn)監(jiān)視目標(biāo)參數(shù)”。

（3）用戶給子陣A配置并下發(fā)“掃描駐留策略參數(shù)”。駐留時(shí)間配置為0，掃描步進(jìn)計(jì)算同單子陣邊掃描邊監(jiān)視模式。

（4）嵌入式控制子系統(tǒng)根據(jù)掃描駐留策略引導(dǎo)波束控制子系統(tǒng)執(zhí)行子陣A波位掃描。

（5）數(shù)字接收子系統(tǒng)在子陣A逐個(gè)掃描波位生成PDW，對(duì)落入重點(diǎn)目標(biāo)監(jiān)視區(qū)間的進(jìn)行打標(biāo)處理上報(bào)。

（6）嵌入式控制子系統(tǒng)記錄子陣A各打標(biāo)PDW來波方向，建立并實(shí)時(shí)劃窗更新目標(biāo)監(jiān)視波位表。

（7）嵌入式控制子系統(tǒng)周期性滑窗提取目標(biāo)監(jiān)視波位表信息，建立并更新子陣B駐留策略。

（8）嵌入式控制子系統(tǒng)根據(jù)子陣B駐留策略引導(dǎo)波束控制子系統(tǒng)執(zhí)行子陣B波位駐留。

（9）數(shù)字接收子系統(tǒng)在子陣B逐個(gè)駐留波位生成PDW，對(duì)落入重點(diǎn)目標(biāo)監(jiān)視區(qū)間的進(jìn)行打標(biāo)處理上報(bào)。

（10）嵌入式控制子系統(tǒng)收到子陣B打標(biāo)PDW按基礎(chǔ)時(shí)間進(jìn)行波位駐留展寬，直至基礎(chǔ)時(shí)間內(nèi)子陣B無打標(biāo)PDW上報(bào)或到達(dá)最大駐留時(shí)間停止，進(jìn)入下一個(gè)波位駐留。

（11）循環(huán)重復(fù)步驟（4）～（10）。

3 "結(jié)語

本文提出了一種基于脈沖級(jí)反饋的機(jī)載相控陣空域自適應(yīng)掃描偵察系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。方案在硬件嵌入式級(jí)采用快慢雙總線布局，快總線基于PDW實(shí)時(shí)調(diào)整波位駐留時(shí)間，慢總線負(fù)責(zé)周期性建立與更新系統(tǒng)控制策略；在軟件上采用單子陣邊掃描邊監(jiān)視模式與雙陣關(guān)聯(lián)掃描/監(jiān)視模式，從時(shí)域、空域聯(lián)合高效調(diào)度了陣列波束資源，有效提升了采用相控陣體制的電子偵察系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)副瓣信號(hào)的截獲概率。

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