[发明专利]天眼探测系统

摘要

发明内容S1，天眼探测系统的体制与思想；S2，系统功能；S3，系统组成；S4，部署原则与方案，S5，直达波抑制方法。该系统在中轨、高轨或大椭圆轨道平台上搭载发射系统，因其平台高而实现发射波束对感兴趣区域无扫描全天时广域无缝覆盖；在地面、海上、空中、临近空间或低轨太空平台上搭载球面天线，因其具有全向性而实现对探测区域无扫描全向无缝覆盖。应用于地面、海上、空中、临近空间、轨道与弹道目标的探测。具有通用性好、生存力强、机动性高、功能多样、探测区域大与适用范围广，以及目标探测与态势认知一体化特点，实现了目标在发射波束与接收波束中连续穿越，用户仅需携带接收系统即可获得全天时即插即用式的目标探测与态势认知服务。

主权项

天眼探测系统发明内容如下：S1，天眼探测系统体制与设计思想天眼探测系统，也称为天基电子篱笆、电子瀑布或电子锥，是指以中轨、高轨与大椭圆轨道平台为基础，搭载具有一定方向性与秘钥的电磁能量发射系统，利用搭载平台高度高而覆盖范围广的特点，实现发射波束对地面、海上、空中、临近空间与太空感兴趣的区域形成全天时广域无缝覆盖，照射在该区域的目标上形成反射信号；以地面、海上、空中、临近空间与低轨道太空平台为基础，搭载球面天线或等效球面的共形天线，利用球面天线具有全向性、且各方向增益相同的特点，实现接收波束对探测区域的无扫描全向无缝覆盖，接收目标的反射信号。以收、发分离的方式实现目标探测，以群目标跟踪原理实现探测区域所有目标的态势认知。应用于静止或运动的地面目标、海上目标、空中目标的探测，也可应用于临近空间目标、轨道目标与弹道目标的探测。其中，天眼中的“天”是指天基或在太空部署发射分系统的含义，“眼”是指像眼睛一样观察大范围的含义；探测是指对目标的发现、区分、识别与跟踪，探测系统是指实现这些功能的软件与硬件的集合；中、高轨是指轨道高度距离海平面18000公里以上的高度，低轨是指轨道高度距离海平面3000公里以下的高度；群目标跟踪原理详见耿文东为第一作者的专著《群目标跟踪》，2014年1月国防工业出版社公开出版。天眼探测系统原理如图1所示。概言之，天眼探测系统就是利用发射波束对感兴趣区域的无扫描全天时广域无缝覆盖，接收波束对探测区域的无扫描全向无缝覆盖，通过目标在发射波束与接收波束中的不间断连续穿越，利用收发分离方式实现目标探测，利用群目标跟踪原理实现探测区域内多目标的态势认知，使得用户仅需携带接收系统就可以获得全天时即插即用式的目标探测服务与态势认知服务，且一体化同时实现。S2，天眼探测系统功能一是地面、海面静止目标的三坐标位置测量能力，以及三维地理信息获取能力；二是地面、海上运动目标的三坐标位置测量能力；三是空中目标、临近空间目标、轨道目标与弹道目标的三坐标测量能力；四是地面、海面静止目标和低速运动目标的成像能力；五是空中、临近空间、轨道与弹道运动目标的成像能力；六是探测区域范围内的目标态势认知能力。上述功能既可以同时实现，也可以仅实现一种或同时实现几种。S3，天眼探测系统组成由发射与天线分系统、球面接收天线分系统、接收与信息处理分系统三大部分组成。S31，发射机与发射天线分系统由时钟、编码与同步、功率产生与平台子系统组成。平台部署的典型轨道是静止轨道、中轨轨道与大椭圆轨道，中、高轨与大椭圆轨道三种部署方案既可以单独使用，也可以组合使用。其中，平台的大椭圆轨道部署，目的是更好的覆盖高纬度地区与地球两极地区。其中，编码与同步子系统同时具有发射信号加密功能。该分系统组成如图2所示。其中，对于中轨高度平台的发射分系统，需要采取组网方式实现大区域覆盖；高轨主要是指地球同步轨道，也称为静止轨道，一般单平台即可实现大区域覆盖；大椭圆轨道平台应用于高纬度与南北两极地区的覆盖。无论是中轨平台、高轨平台，还是大椭圆轨道平台，相较于目前的低轨道平台雷达系统来说，都具有发射信号过境照射时间长、与地球相对运动速度低特点，尤其是静止轨道平台相对于地球静止，为目标运动补偿、发射信号捕获带来了诸多方面的优势。S32，球面接收天线分系统采用球面接收天线，包括专用天线与兼用天线两种。其中，专用天线采用球面天线，搭载在建筑物、飞机、舰船、临近空间飞行器、卫星与地面车辆平台上；兼用天线采用民用建筑物，岛礁建筑物，钻井平台，飞机、临近空间飞行器、舰艇外表面的共形天线。该分系统组成如图3所示。S33，接收与信息处理分系统接收与信息处理系统由相关接收机、信号处理、数据处理与数据录取、数据传输与分发、频率与时间同步子系统，以及平台子系统组成。其中，参考信号是指接收或预存在相关接收机子系统内的发射信号，反射信号是指发射信号照射在目标表面的反射信号；数据处理子系统根据群目标跟踪原理实现探测区域内多且标态势认知，能够很好地降低指控系统的复杂程度，利于其瘦身。该分系统组成如图4所示。上述所有平台子系统均包含供电部分。S4，接收平台部署原则与方案S41，接收平台部署原则一是低看高的原则，也就是部署位置低的接收平台用于探测相较于该平台位置高的目标。例如，地面、海面接收平台所搭载接收系统用于探测空中、临近空间或太空目标。二是高看低的原则，也就是部署位置高的接收平台用于探测相较于该平台位置低的目标。例如，空中平台所搭载接收系统用于探测地面、海面目标。S42，接收平台的部署方案接收平台的部署方案，一是取决于用户所希望探测区域的范围，所希望探测区域的范围越大，则接收平台部署的位置越高，所需要部署的接收系统越多；二是取决于定位方法，采取多发单收的定位方法，则一套接收分系统即可实现目标定位，适用于飞机、卫星负载能力有限的运动平台；采取单发多收的定位方法，则需要两个以上的接收分系统才能够实现目标定位，适用于地面、岛礁、舰船作为平台的接收分系统；采用多发多收的定位方法，则需要两个以上的发射分系统与接收分系统，适用于高精度需求的用户。其中，多发单收是指两个以上的发射分系统与一个接收分系统，单发多收是指一个发射分系统与两个以上的接收分系统，多发多收是指两个以上的发射分系统与两个以上的接收分系统。S5，发射信号直达波抑制方法发射信号直达波是指来自于发射分系统的发射信号直接通过天线进入接收分系统的发射信号，因其相较于目标反射信号的信号强度大，因此需要对其进行抑制。采取的抑制措施就是通过目标探测方向背向发射信号方向的方法，即发射波束指向方向的区域不作为探测区域，使其无法进入接收机，以此达到抑制直达波的目的。