一种长基线干扰源定位分布式雷达系统

1.本发明涉及一种长基线干扰源定位分布式雷达系统，属于雷达技术领域。


背景技术：

2.随着电子技术的快速发展，干扰样式日益丰富、干扰策略变化多样，给雷达探测带来严峻的挑战。其中drfm(digital radio frequency memory,drfm)干扰通过对空间雷达信号进行采样和存储，再经过调制处理形成具有复杂的运动学规律和波形的干扰信号，保证了其与雷达信号的高相关性。在雷达回波信号处理中，drfm干扰可获得高处理增益，形成大量逼真的“虚假”目标，对目标检测具有良好的欺骗效果。当drfm干扰落入主瓣时，其还受雷达天线增益调制而获得更大的能量，直接威胁到雷达对目标的探测能力。因此，如何有效地抑制主瓣drfm干扰是现代雷达在复杂电磁环境中面临的最为紧要的难题之一。
3.目前针对主瓣drfm干扰，单基地雷达有效的抗干扰手段主要包括：频率捷变和波形捷变，此类方法对系统复杂度要求较高、数据处理压力较大；短基线分布式雷达以跨平台信号级协同为基本特征其节点规模、拓扑结构极其灵活，各节点间可实现信号级的信息相参融合形成窄波束，实现目标与干扰在空域上的分辨从而通过对消算法抑制干扰。但此类方法受相参合成性能约束和自适应算法复杂度限制要求较高。长基线分布式雷达可通过交叉定位、时差测向等算法实现对drfm干扰机的精确定位，为后续的抗干扰策略选取提供可靠的数据支撑。此外，由于在主瓣内干扰源与被掩护目标空间临近，在定位干扰源的同时也可粗略掌握目标信息。此算法易于实现且具有良好的定位结果，但由于系统节点间距离远，导致系统同步和回波数据传输实现存在较大困难。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提出一种长基线干扰源定位分布式雷达系统，通过卫星导航授时方法实现节点间时频同步，通过数据传输设备实现系统工作统筹调度、回波数据低通量远距离传输。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案为：
6.一种长基线干扰源定位分布式雷达系统，该分布式雷达系统包括多个(n个)机动的单元雷达系统，其中一个单元雷达系统作为主雷达，其他n-1个单元雷达系统作为辅助雷达；
7.所述的主雷达中包括中心控制系统、收发单元雷达设备、卫星导航授时同步设备、频率源分机、数传设备、系统处理机、天线车平台、电站，其中中心控制系统由数字处理分机、显控分机、数据处理机组成；
8.所述的辅助雷达中包括接收单元雷达设备、卫星导航授时同步设备、数字处理分机、频率源分机、数传设备、预处理机、天线车平台、发电机；
9.所有的接收单元雷达设备和收发单元雷达设备组成收发雷达系统；
10.所有的天线车平台组成车载系统；天线车平台由天线车和标校系统组成，其中标
校系统由水平仪、定北系统、伺服系统组成。
11.所有的卫星导航授时同步设备组成无线同步系统；卫星导航授时同步设备由导航天线、接收机、本地时钟、频率源分机、数字处理分机组成。
12.所述的中心控制系统用于根据工作任务和探测场景进行阵列构型优化，即主雷达和辅助雷达的部署位置信息；还用于根据工作任务和探测场景设计系统工作模式。
13.所述的收发雷达系统用于接收回波信号，并对接收的回波信号进行下变频；其中收发单元雷达设备还用于产生多种复杂波形信号，进行发射模式和接收模式切换。
14.所述的车载系统用于接收中心控制系统输出的雷达部署位置信息，天线车按照雷达部署位置信息移动到指定位置；天线车自带标校系统，利用标校系统中的水平仪可调平收发雷达系统中的天线，利用标校系统中的定北系统和伺服系统可调整天线朝向指向定位，利用标校系统中的伺服系统可对天线的俯仰角进行调整。
15.所述的无线同步系统中的卫星导航授时同步设备中的导航天线用于接收卫星导航信号，接收机对接收到的卫星导航信号进行解析得到解析结果，并根据得到的解析结果结算本地时钟和卫星钟的钟差，利用钟差结果对本地时钟进行驯服，使得本地时钟与卫星钟时间同步和频率同步。
16.一种长基线干扰源定位分布式雷达系统工作步骤包括：
17.步骤一：中心控制系统根据工作任务和探测场景进行阵列构型优化，即主雷达和辅助雷达的部署位置信息，然后将此部署位置信息输出给主雷达和辅助雷达；
18.步骤二：车载系统接收到部署位置信息后，天线车按照此信息移动到指定位置；
19.步骤三：天线车首先利用标校系统中的水平仪调平收发雷达系统中的天线，然后根据探测场景利用标校系统中的定北系统和伺服系统调整天线方位朝向，并利用标校系统中的伺服系统调整天线俯仰朝向，最终使天线朝向目标活动区域；
20.步骤四：利用卫星导航授时同步设备输出的10mhz信号和频率源分机实现主雷达和辅助雷达间的频率同步；
21.步骤五：显控分机设置utc启动时刻，并将此值传输至数字处理分机；
22.步骤六：中心控制系统根据工作任务和探测场景设计系统工作模式，数字处理分机依据系统工作模式产生相应波束的波束控制字，同时将utc启动时刻编写入其中；然后数字处理分机将波束控制字进行筛选和删减只保留变化的关键信息，再传输至数传设备，数传设备将其向辅助雷达发送；
23.步骤七：辅助雷达数传设备接收到删选后的波束控制字，并传输至数字处理分机。数字处理分机从波束控制字中解析获得utc启动时刻，并将其与卫星导航授时同步设备输出的1pps信号相结合实现主雷达和辅助雷达间的时间同步；同时，辅助雷达数字处理分机利用接收到删选的波束控制字实现与主雷达的时序同步；
24.步骤八：数字处理分机将波束控制字和时序信号传输到收发单元雷达设备，主雷达的收发单元雷达设备按照波束控制字和时序信号先发射脉冲信号，然后再采集回波数据；辅助雷达的接收单元雷达设备按照波束控制字和时序信号利用同时多波束方法采集到回波数据；
25.步骤九：辅助雷达预处理机对回波数据进行预处理，将筛选出有效信息数据传输至数传设备，数传设备将其向主雷达发送；
26.步骤十：主雷达数传设备接收到预处理后的数据后，将其传输至系统处理机；同时，主雷达将其收发单元雷达设备采集的回波数据一起传输至系统处理机；系统处理机利用高精度时延差估计方法和时差测向定位解算方位处理数据，从而获得干扰源的位置。
27.所述频率同步过程为：首先卫星导航授时同步设备接收卫星导航信号，接收机对卫星导航授时同步设备的本地时钟进行驯服使其与卫星时钟同步，卫星导航授时同步设备输出同步的10mhz信号。然后，锁相环(pll)对输入的10mhz信号进行锁相获得与输入信号频率相同但相噪和杂散等指标更优的10mhz信号。最后，频率源分机以锁相环输出作为基准，产生单元雷达系统正常工作所需的多种频率信号，从而实现单元雷达系统间的频率同步。
28.所述时间同步过程为：首先，将卫星导航授时同步设备输出与卫星同步的1pps信号作为触发信号，并输入数字处理分机。然后，数字处理分机不断将utc启动时刻与卫星导航授时同步设备输出utc时间进行比对，直到utc时间与utc启动时刻一致。之后，数字处理分机以utc启动时刻后第一个1pps信号作为系统工作触发标志，从而实现单元雷达系统间的时间同步。
29.所述时序同步过程为：主雷达利用其数字处理分机生成的波束控制字产生波束相应的时序指令，再将时序指令传输至时序板中，时序板按照时序指令产生每个波束的时序信号；辅助雷达雷达利用其数字处理分机先对接收到的波束控制字进行复原，使其与主雷达的波束控制字具有一致的功能，则辅助雷达能够产生与主雷达一致的时序指令，再将时序指令传输至时序板中，时序板按照时序指令产生每个波束的时序信号，从而实现单元雷达系统间的时序同步。此时序同步过程每秒钟都会进行一次。
30.所述同时多波束方法为：同一prt时序中，辅助雷达接收单元雷达设备按照探测空域扇区内多个波束密集排布的方式，对采集到的回波信号进行处理从而获得每个波束的回波数据。
31.所述辅助雷达预处理方法为：首先，计算同一prt时序中多个波束的信号功率，将信号功率与干扰检测门限比较，筛选出超过门限的波束数据，将此数据视为包含干扰信息的数据；然后，从包含干扰信息的数据中筛选出信号功率最大的波束数据，作为指向干扰的波束数据；最后，计算指向干扰波束数据中干扰的分布位置，从中选取仅包含干扰的部分数据输出。
32.有益效果
33.本发明为精确定位drfm干扰机提供了一种长基线分布式雷达实现系统，该系统通过卫星导航授时方法实现了远距离节点间时频同步，并通过过数据传输设备实现系统工作统筹调度、回波数据低通量远距离传输，在此基础上设计了完整的系统实施方案，实现了drfm干扰机的精确定位。本发明为多种定位算法提供了实现平台，且解决了时频同步和低通量数据传输困难。
附图说明
34.图1：系统部署示意图
35.图2：频率同步硬件实现示意图
36.图3：时间同步和时序同步硬件实现示意图
37.图4：时间同步结果示意图
38.图5：时序同步示意图
39.图6：辅助阵同时16个波束示意图
40.图7：预处理流程示意图
41.图8：实施实例定位结果
具体实施方式
42.下面结合附图并举实施实例，对本发明进行详细描述。
43.一种长基线干扰源定位分布式雷达系统由1部主雷达、2部辅助雷达组成，系统对空间中目标和drfm式干扰机进行探测。
44.工作步骤包括：
45.步骤一：中心控制系统根据工作任务和探测场景进行阵列构型优化，得到如图1所示的主雷达和辅助雷达的部署位置，然后将此部署位置信息输出给主雷达和辅助雷达；
46.步骤二：车载系统接收到部署位置信息后，天线车移动到如图1所示的指定位置；
47.步骤三：天线车首先利用标校系统中的水平仪调平收发雷达系统中的天线，然后根据探测场景利用标校系统中的定北系统和伺服系统调整天线方位朝向，并利用标校系统中的伺服系统调整天线俯仰朝向，最终使天线朝向目标活动区域；
48.步骤四：将卫星导航授时同步设备输出的10mhz信号作为频率源分机输入，频率源分机经过倍频处理后产生系统工作所需的20mhz信号、120mhz信号、480mhz信号、本振信号，实现主雷达和辅助雷达间的频率同步，如图2所示；
49.步骤五：中心控制系统的显控分机设置utc启动时刻，并将此值传输至数字处理分机；
50.步骤六：中心控制系统根据工作任务和探测场景设计系统工作模式，数字处理分机依据系统工作模式产生相应波束的波束控制字，同时将utc启动时刻编写入其中；然后数字处理分机将波束控制字进行筛选和删减只保留变化的关键信息，再传输至数传设备，数传设备将其向辅助雷达发送；
51.步骤七：辅助雷达数传设备接收到删选后的波束控制字，并传输至数字处理分机。数字处理分机从波束控制字中解析获得utc启动时刻，当卫星导航授时同步设备输出的utc时间到utc启动时刻时，立刻开始对卫星导航授时同步设备输出的1pps信号进行上升沿检测，以检测到的第一个上升沿作为触发，实现主雷达和辅助雷达间的时间同步，时间同步结果示意图如图4所示；时间同步开始后，每秒进行一次时序同步，其同步示意图如图5所示。假设1s时间内雷达可最多执行5个波位对应的指令，主雷达生成波束控制字时会将下一秒所有波位的信息一起生成(即5个波位信息)。在0号1pps信号之后0.5s～0.6s内主雷达完成编号为1的波束控制字生成并通过数传设备传出，在0号1pps信号之后0.8s～0.9s内辅助雷达完成编号为1的波束控制字接收。当1号1pps信号上升沿到达时，辅助雷达按照编号为1的波束控制字信息依次完成5个波位的指令；同时在1号1pps信号之后0.5s～0.6s内主雷达完成编号为2的波束控制字生成并通过数传设备传出，在1号1pps信号之后0.8s～0.9s内辅助雷达完成编号为2的波束控制字接收。当1号1pps信号上升沿到达时，辅助雷达按照编号为2的波束控制字信息依次完成5个波位的指令。
52.步骤八：数字处理分机将波束控制字和时序信号传输到收发单元雷达设备，主雷
达的收发单元雷达设备按照波束控制字和时序信号先发射脉冲信号，然后再采集回波数据；辅助雷达的接收单元雷达设备按照波束控制字和时序信号利用同时多波束方法采集到回波数据；
53.辅助阵采取同时16波束的方案：辅助阵方位向3db波束宽度是5.3
°
，可同时生成16个波束。现按照指定波束指向以2db波束宽度(4.5
°
)为间隔交叠排布16个波束，能够覆盖方位向72
°
的范围，如图6所示。
54.步骤九：
55.辅助雷达预处理机对回波数据进行预处理，预处理流程示意图如图7所示。首先，计算同一prt时序中16个波束的信号功率，将信号功率与干扰检测门限比较，筛选出超过门限的波束数据，将此数据视为包含干扰信息的数据；然后，从包含干扰信息的数据中筛选出信号功率最大的波束数据，作为指向干扰的波束数据；最后，计算指向干扰波束数据中干扰的分布位置，从中选取仅包含干扰的部分数据输出。
56.步骤十：主雷达数传设备接收到预处理后的数据后，将其传输至系统处理机；同时，主雷达将其收发单元雷达设备采集的回波数据一起传输至系统处理机；系统处理机利用高精度时延差估计方法和时差测向定位解算方位处理数据，从而获得干扰源的位置。
57.实施实例
58.单干扰机场景特点为存在一架干扰机位于主雷达和辅助小阵波束交汇范围内。假定在t时刻干扰机位置如下所示。
59.干扰源坐标(单干扰机)
60.干扰机编号距离(km)方位角(
°
)俯仰角(
°
)1299.6110.001.15
61.假定干扰机发射噪声压制干扰或灵巧噪声干扰，主雷达和辅助小阵回波干噪比(jamming to noise ratio，jnr)分别设置为30db和15db。对分布式阵列接收回波进行信号级相关处理，定位结果分别如图8所示。从仿真结果可以看出，对于噪声压制干扰，定位误差为4.06km。因此，当前场景下，所提方案可实现对单干扰机的准确定位。
62.综上所述，以上仅为本发明的实施案例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种长基线干扰源定位分布式雷达系统，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：中心控制系统根据工作任务和探测场景进行阵列构型优化，即主雷达和辅助雷达的部署位置信息，然后将此部署位置信息输出给主雷达和辅助雷达；步骤二：车载系统接收到部署位置信息后，天线车按照此信息移动到指定位置；步骤三：天线车首先利用标校系统中的水平仪调平收发雷达系统中的天线，然后根据探测场景利用标校系统中的定北系统和伺服系统调整天线方位朝向，并利用标校系统中的伺服系统调整天线俯仰朝向，最终使天线朝向目标活动区域；步骤四：利用卫星导航授时同步设备输出的10mhz信号和频率源分机实现主雷达和辅助雷达间的频率同步；步骤五：显控分机设置utc启动时刻，并将此值传输至数字处理分机；步骤六：中心控制系统根据工作任务和探测场景设计系统工作模式，数字处理分机依据系统工作模式产生相应波束的波束控制字，同时将utc启动时刻编写入其中；然后数字处理分机将波束控制字进行筛选和删减只保留变化的关键信息，再传输至数传设备，数传设备将其向辅助雷达发送；步骤七：辅助雷达数传设备接收到删选后的波束控制字，并传输至数字处理分机；数字处理分机从波束控制字中解析获得utc启动时刻，并将其与卫星导航授时同步设备输出的1pps信号相结合实现主雷达和辅助雷达间的时间同步；同时，辅助雷达数字处理分机利用接收到删选的波束控制字实现与主雷达的时序同步；步骤八：数字处理分机将波束控制字和时序信号传输到收发单元雷达设备，主雷达的收发单元雷达设备按照波束控制字和时序信号先发射脉冲信号，然后再采集回波数据；辅助雷达的接收单元雷达设备按照波束控制字和时序信号利用同时多波束方法采集到回波数据；步骤九：辅助雷达预处理机对回波数据进行预处理，将筛选出有效信息数据传输至数传设备，数传设备将其向主雷达发送；步骤十：主雷达数传设备接收到预处理后的数据后，将其传输至系统处理机；同时，主雷达将其收发单元雷达设备采集的回波数据一起传输至系统处理机；系统处理机利用高精度时延差估计方法和时差测向定位解算方位处理数据，从而获得干扰源的位置。2.如权利要求1所述的一种长基线干扰源定位分布式雷达系统，其特征在于，所述频率同步过程为：首先卫星导航授时同步设备接收卫星导航信号，接收机对卫星导航授时同步设备的本地时钟进行驯服使其与卫星时钟同步，卫星导航授时同步设备输出同步的10mhz信号；然后，锁相环(pll)对输入的10mhz信号进行锁相获得与输入信号频率相同但相噪和杂散等指标更优的10mhz信号；最后，频率源分机以锁相环输出作为基准，产生单元雷达系统正常工作所需的多种频率信号，从而实现单元雷达系统间的频率同步。3.如权利要求1所述的一种长基线干扰源定位分布式雷达系统，其特征在于，所述时间同步过程为：首先，将卫星导航授时同步设备输出与卫星同步的1pps信号作为触发信号，并输入数字处理分机；然后，数字处理分机不断将utc启动时刻与卫星导航授时同步设备输出utc时间进行比对，直到utc时间与utc启动时刻一致；之后，数字处理分机以utc启动时刻后第一个1pps信号作为系统工作触发标志，从而实现单元雷达系统间的时间同步。
4.如权利要求1所述的一种长基线干扰源定位分布式雷达系统，其特征在于，所述时序同步过程为：主雷达利用其数字处理分机生成的波束控制字产生波束相应的时序指令，再将时序指令传输至时序板中，时序板按照时序指令产生每个波束的时序信号；辅助雷达雷达利用其数字处理分机先对接收到的波束控制字进行复原，使其与主雷达的波束控制字具有一致的功能，则辅助雷达能够产生与主雷达一致的时序指令，再将时序指令传输至时序板中，时序板按照时序指令产生每个波束的时序信号，从而实现单元雷达系统间的时序同步；此时序同步过程每秒钟都会进行一次。5.如权利要求1所述的一种长基线干扰源定位分布式雷达系统，其特征在于，所述同时多波束方法为：同一prt时序中，辅助雷达接收单元雷达设备按照探测空域扇区内多个波束密集排布的方式，对采集到的回波信号进行处理从而获得每个波束的回波数据。6.如权利要求1所述的一种长基线干扰源定位分布式雷达系统，其特征在于，所述辅助雷达预处理方法为：首先，计算同一prt时序中多个波束的信号功率，将信号功率与干扰检测门限比较，筛选出超过门限的波束数据，将此数据视为包含干扰信息的数据；然后，从包含干扰信息的数据中筛选出信号功率最大的波束数据，作为指向干扰的波束数据；最后，计算指向干扰波束数据中干扰的分布位置，从中选取仅包含干扰的部分数据输出。

技术总结
针对具有高增益和逼真“虚假”目标效果的主瓣DRFM干扰，本发明设计一种长基线分布式雷达系统来精确获得DRFM干扰机位置，为后续的抗干扰策略选取奠定基础。此系统可通过卫星导航授时方法实现节点间时频同步，并通过数据传输设备实现系统工作统筹调度、回波数据低通量远距离传输，最终在中心控制系统进行数据级处理获得DRFM干扰机位置。获得DRFM干扰机位置。获得DRFM干扰机位置。


技术研发人员：刘泉华 张凯翔 梁振楠 田德智 贺谱峰
受保护的技术使用者：北京理工大学重庆创新中心
技术研发日：2023.08.23
技术公布日：2023/10/15