[发明专利]一种天基预警雷达功率孔径积优化设计方法

说明书

本发明公开了一种天基预警雷达功率孔径积优化设计方法。首先利用雷达方程确定出单个波位波束驻留时间；然后利用单波位最大可用波束驻留时间和区域覆盖率指标对功率孔径积作出双重约束，建立优化模型并求解，完成功率孔径积的优化设计。本发明方法根据天基预警雷达探测地表上区域时雷达必要作用距离随波位依地球表面几何而变化的特点，对功率孔径积进行优化设计，优化结果在满足探测性能和区域覆盖率指标要求的前提下可达到最小，相比传统方法大幅降低了功率孔径积需求；本发明方法具有运算量小，可实现性强，适用于多种天线形式和多型天基平台体制。

技术领域

本发明属于天基雷达系统设计领域，特别涉及一种天基预警雷达功率孔径积设计方法。

背景技术

天基预警雷达同比其它平台预警雷达，因不受国界领空限制、覆盖范围广、平台高度高等优势，具备对海面舰船目标、空中(包括低空、超低空)飞机导弹等目标全天时、全天候和全球范围内的预警监视信息获取和支持潜力。虽然天基预警雷达系统耗资巨大、技术难度高，但因其显著的优势和潜能，世界各强国仍积极投入研发。然而由于特有的太空工作环境和远距离探测性能要求，天基预警雷达在大功率供电、天线综合性能及信号处理等方面仍存在较大技术难题。目前天基预警雷达在有限的功率供给和远距离探测要求的前提下，通常是通过提升天线孔径尺寸/天线增益来实现对既定目标的探测。而单纯提升天线孔径尺寸一方面会受到天线可展开性、形变误差以及可扫描范围等综合性能的限制，一方面会增加天线载荷的运载成本。

从目前的研究来看，要实现天基预警雷达对常规飞机目标的可靠探测，按照从低轨到高轨的轨道配置，探测距离在一千公里以上至几万公里，对应的雷达平均发射功率在近千瓦至上百千瓦，对应的雷达孔径面积在上百平米至上千平米，以相控阵天线为例，按照目前传统工艺水平约20kg/m²计算，对应的天线载荷重量在两吨至二十吨以上，仅对应的天线载荷运载成本在约八千万至八亿元人民币。由此可见，抛开天基预警雷达的在太空实施的技术难度，仅经济成本便是一项巨大开销。

传统的雷达功率孔径积设计通常按照固定的雷达作用距离设计，这种情况多使用在针对地基、海基或空基雷达平台时的情况。在针对天基预警雷达功率孔径积设计时，由于雷达在探测地表上区域目标时其必要的作用距离会受到地球表面几何特征影响，会随波束扫描而变化，在探测扫描地表上远区目标时需要较大作用距离，在探测扫描地表上近区目标时则需要较小作用距离。若仍采用满足远区探测的固定雷达作用距离，会造成近区探测时的功率浪费，加之太空大功率供电的环境限制，会强化功率需求和供给上的矛盾。

因此，天基预警雷达功率孔径积优化设计非常必要，在满足雷达探测性能和区域覆盖率指标要求的前提下尽可能降低功率孔径积需求，会降低其太空实施技术难度的同时降低经济成本。

发明内容

本发明解决的问题在于，避免天基预警雷达采用传统功率孔径积设计方法时的不足，依据探测时地球表面几何特征，变化雷达作用距离，对雷达功率孔径积进行优化设计，通过对相参处理时间段数寻优，平衡雷达探测性能和区域覆盖率二者对功率孔径积的需求，达到降低雷达综合功率孔径积需求的目的。

为了实现上述的发明目的，本发明提供如下技术方案：

提供一种天基预警雷达功率孔径积优化设计方法，包括以下步骤：

(1)利用雷达信号带宽和目标运动特性确定最大可用相参处理时间T_c；

(2)利用雷达方程确定出第i个单波位波束驻留时间Δt_ri；

(3)对所有波位波束驻留时间求和，得到雷达搜索时间t_s；

(4)计算所探测的地表区域覆盖总面积S；

(5)利用计算的地表区域覆盖总面积与雷达搜索时间t_s相比，确定出区域覆盖率r_cov；