本發(fā)明涉及一種天基雷達設計方法，具體涉及一種高速平臺雷達波束覆蓋設計方法。

背景技術：

1、同比其它平臺預警雷達，天基預警雷達因不受國界領空限制、覆蓋范圍廣和平臺高度高等優(yōu)勢，具備對海面艦船目標、空中（包括高空、中空、低空和超低空）飛機導彈等目標全天時、全天候和全球范圍內(nèi)的預警監(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，并考慮到設備的發(fā)射和運送成本，天基預警雷達系統(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的一大特點就是雷達平臺運動速度高，均在7km/s以上。

2、相控陣天基預警雷達為了實現(xiàn)廣域覆蓋的同時達到一定的目標發(fā)現(xiàn)概率，在每個波位需要進行一定時間的波束駐留，在7km/s以上的雷達平臺運動速度水平下，若仍按照常規(guī)靜止或低速平臺進行波位覆蓋設計會導致某些波位上相鄰波束覆蓋出現(xiàn)間隙，若相鄰波束間隔時間按一個波位駐留時間計算，該間隙可達幾十米至上百米，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，則造成一定的雷達資源浪費。這是預警雷達設計中不希望出現(xiàn)的問題，特別是針對波束覆蓋間隙問題。

3、因此，相控陣天基預警雷達高速平臺波束覆蓋設計非常必要，在保證平臺高速運行情況下雷達波束連續(xù)覆蓋重點距離區(qū)域的同時，盡量降低雷達資源的浪費，提高雷達波束覆蓋效率。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種高速平臺雷達波束覆蓋設計方法，解決了常規(guī)靜止或低速平臺預警雷達波束覆蓋設計方法高速平臺應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，使得平臺運動后各波位波束在重點距離區(qū)域達到連續(xù)覆蓋的同時，減小波束覆蓋過密問題，從而達到提高雷達波束覆蓋效率的目的。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種高速平臺雷達波束覆蓋設計方法，該方法包含：

3、（1）確定常規(guī)靜態(tài)波束覆蓋設計時的波束相對位移；

4、根據(jù)雷達平臺運動速度、正掃時波束駐留時間以及常規(guī)靜止或低速平臺波束覆蓋設計下的波位參數(shù)，確定第 i個波位的方位波束相對位移，確定第 i個波位的俯仰波束相對位移；

5、（2）確定滿足覆蓋條件時所允許的最大波束相對位移；

6、利用常規(guī)靜態(tài)波束覆蓋設計時和擬設計時相鄰波束交接深度所對應的波束寬度，確定第個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位移，確定第個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)波束覆蓋設計時的波束相對位移和步驟（2）的滿足覆蓋條件時所允許的最大波束相對位移，建立第個波位方位向的不等式形式和第個波位俯仰向的不等式形式；

9、（4）求解約束不等式；

10、（5）確定最終設計結果；

11、根據(jù)步驟（4）的求解結果，確定方位波束交接深度對應的設計波束寬度和俯仰波束交接深度對應的設計波束寬度，完成高速平臺下的波束覆蓋設計。

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

13、（1）

14、在公式（1）中，為雷達平臺運動速度，為方位和俯仰均正掃時波束駐留時間，為陣面法向?qū)南乱暯?，為第個波位波束對應的水平面上的方位掃描角，為第個波位的波束下視角，為第個波位波束對應的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，， p為第 i個波位波束與其前一相鄰方位波束的波位間隔數(shù)，式中的負號和正號分別對應方位前掃和后掃的情況；

15、所述第 i個波位的俯仰波束相對位移如下：

16、（2）

17、在公式（2）中，為雷達平臺運動速度，為方位和俯仰均正掃時波束駐留時間，為陣面法向?qū)南乱暯?，為第個波位的波束下視角，為第個波位波束對應的水平面上的方位掃描角，為第個波位的波束下視角，為第個波位波束對應的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，， q為第 i個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為正，后掃時為負，通過如下關系式由確定：

19、（3）

20、在公式（3）中，為陣面法向?qū)南乱暯?，為第個波位的波束下視角，為第個波位波束對應的陣面上的方位掃描角，為第個波位波束對應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位移如下：

22、（4）

23、在公式（4）中，為方位正掃時的3db波束寬度，為第個波位波束對應的陣面上的方位掃描角，為方位擬設計的更高波束交接深度所對應的正掃時波束寬度， r表示特定距離；

24、所述確定第個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位移如下：

25、（5）

26、在公式（5）中，為俯仰正掃時的3db波束寬度，為俯仰擬設計的更高波束交接深度所對應的正掃時波束寬度， r表示特定距離，為第個波位的波束下視角，為陣面法向?qū)南乱暯恰?

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

28、（6）

29、在公式（6）中，為第 i個波位的方位波束相對位移，為第個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位移；

30、第個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個波位的俯仰波束相對位移，為第個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，方位向擬設計的波束交接深度所對應的正掃時的波束寬度應滿足如下公式：

34、（8）

35、在公式（8）中，為方位正掃時的3db波束寬度，為雷達平臺運動速度，為方位和俯仰均正掃時波束駐留時間，為陣面法向?qū)南乱暯牵瑸榈趥€波位波束對應的陣面上的方位掃描角，為第個波位波束對應的水平面上的方位掃描角， r表示特定距離，為第個波位的波束下視角，為第個波位波束對應的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，， p為第 i個波位波束與其前一相鄰方位波束的波位間隔數(shù)，式中的負號和正號分別對應方位前掃和后掃的情況；

36、求解所述公式（7）可得，俯仰向擬設計的波束交接深度所對應的正掃時的波束寬度應滿足如下公式：

37、（9）

38、在公式（9）中，為俯仰正掃時的3db波束寬度，為雷達平臺運動速度，為方位和俯仰均正掃時波束駐留時間，為陣面法向?qū)南乱暯?，為第個波位的波束下視角，為第個波位波束對應的水平面上的方位掃描角， r表示特定距離，為第個波位的波束下視角，為第個波位波束對應的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，， q為第 i個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應的設計波束寬度為：

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集合，為方位正掃時的3db波束寬度，為雷達平臺運動速度，為方位和俯仰均正掃時波束駐留時間，為天線陣列橫軸與雷達平臺運動速度水平夾角，即陣列斜側角，為陣面法向?qū)南乱暯?，為第個波位波束對應的陣面上的方位掃描角，為第個波位波束對應的水平面上的方位掃描角， r表示特定距離，為第個波位的波束下視角，為第個波位波束對應的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，，其中 p為第 i個波位波束與其前一相鄰方位波束的波位間隔數(shù)，式中的負號和正號分別對應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應的設計波束寬度為：

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集合，為方位正掃時的3db波束寬度，為雷達平臺運動速度，為方位和俯仰均正掃時波束駐留時間，為天線陣列橫軸與雷達平臺運動速度水平夾角，即陣列斜側角，為陣面法向?qū)南乱暯牵瑸榈趥€波位波束對應的陣面上的方位掃描角，為第個波位波束對應的水平面上的方位掃描角， r表示特定距離，為第個波位的波束下視角，為第個波位波束對應的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，，其中 p為第 i個波位波束與其前一相鄰方位波束的波位間隔數(shù)，式中的負號和正號分別對應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應的設計波束寬度為：

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集合，為俯仰正掃時的3db波束寬度，為雷達平臺運動速度，為方位和俯仰均正掃時波束駐留時間，為天線陣列橫軸與雷達平臺運動速度水平夾角，即陣列斜側角，為陣面法向?qū)南乱暯?，為第個波位的波束下視角，為第個波位波束對應的水平面上的方位掃描角， r表示特定距離，為第個波位的波束下視角，為第個波位波束對應的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，，其中 q為第 i個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應的設計波束寬度為：

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集合，為俯仰正掃時的3db波束寬度，為雷達平臺運動速度，為方位和俯仰均正掃時波束駐留時間，為天線陣列橫軸與雷達平臺運動速度水平夾角，即陣列斜側角，為陣面法向?qū)南乱暯?，為第個波位的波束下視角，為第個波位波束對應的水平面上的方位掃描角， r表示特定距離，為第個波位的波束下視角，為第個波位波束對應的陣面上的方位掃描角，， i為波位數(shù)，，其中 q為第 i個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)明的一種高速平臺雷達波束覆蓋設計方法，解決了常規(guī)靜止或低速平臺預警雷達波束覆蓋設計方法高速平臺應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：

52、1、本發(fā)明方法根據(jù)相控陣天基預警雷達探測目標時平臺高速運動下的雷達波束覆蓋規(guī)律，建立滿足各波位波束覆蓋要求的約束不等式對靜態(tài)波束交接深度進行約束設計，可使平臺運動后各波位波束在重點距離區(qū)域達到連續(xù)覆蓋的同時，減小波束覆蓋過密問題，顯著降低了常規(guī)靜止或低速平臺波束覆蓋設計方法導致的覆蓋間隙和覆蓋過密影響，大大提高了雷達波束覆蓋效率。

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，求解簡單方便，且僅需雷達平臺運動速度、正掃時波束駐留時間以及常規(guī)靜止或低速平臺波束覆蓋設計下的波位參數(shù)和波束交接深度對應的正掃時波束寬度，因此本發(fā)明方法具有運算量小，可實現(xiàn)性強等特點。

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。