相控阵天线扫描及跟踪控制策略研究

摘要

自雷达问世以来，无论在军事领域还是民用领域对雷达技术的要求都在不断的提高，因此现代雷达较早期雷达增添了很多功能及工作模式。这不仅对雷达基本性能指标的要求更为细致、严密，并且对使用环境要求、结构设计要求也变得更为复杂。在有多干扰回波的环境下进行扫描和多目标跟踪时，天线的数据刷新率的要求较高，传统机械天线已经满足不了要求。引入数据刷新率更高，指向更为灵活相控阵天线可以较好完成任务。本文基于6×6平面相控天线阵，设计了单波束扫描工作模式和多目标跟踪工作模式，解决了多回波空间快速扫描和4个目标跟踪时数据关联等问题;设计了控制电路根据预测信息计算波控数码实现对目标跟踪的波束控制。论文主要工作如下:
　　首先，结合项目要求，明确研究目标为完成天线阵元为6×6的相控阵，在非理想扫描环境下，实现方位和俯仰方向快速扫描，并能捕捉跟踪4个目标。根据相控阵天线原理，对波束形状主要指标进行分析，并通过实验仿真了阵列在不同角度扫描的波束方向图。
　　其次，对常见的波位空间排列方式进行过、欠扫描分析。根据项目的空间扫描要求，拟定欠扫描率和过扫描率的范围，完成设计满足需求波位的空间排列方式。仿真实验表明所设计的波位排列方法在避免出现欠扫描的同时有效的控制了过扫描的区域。
　　再次，针对目标跟踪的航迹误差较大问题，对跟踪滤波算法进行仿真分析。对比了几种常见的滤波算法分析其滤波效果，针对JPDA算法计算量过大问题提出改进方案，得到改进后的JPDA算法实现对多回波环境下多目标跟踪航迹的滤波。仿真结果表明改进JPDA算法有效的降低计算量的同时较为准确的实现对多目标的跟踪。
　　最后，设计完成扫描和多目标跟踪的波束控制系统。研究了波束指向与波控数码计算关系。扫描模式下，根据已经设计好的波位排布，经计算将其转化可用于控制移相器的波控数码并制表存入FPGA上的ROM中，选用查表法实现对空间扫描。跟踪模式下，设计波控数码计算模块，其输入为经过滤波后的预测航迹的角度信息，输出为6通道将波控数码送到6×6天线阵列上。设计了时序实现按时间顺序多波束形成方法对4个波束的控制。仿真实验验证了所设计方法的有效性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1相控天线阵波束控制系统

1．2．2多目标跟踪关键技术

1．3论文主要工作及结构安排

第2章相控阵天线扫描波位设计

2．1概述

2．2相控阵天线波束方向图

2．2．1线性阵列天线的方向图函数

2．2．2平面阵列天线的方向图函数

2．2．3相控阵天线波束特性

2．3相控阵雷达天线波束的波位设计

2．3．1相控阵天线波束的扫描展宽效应与波束跃度

2．3．2波位排布设计

2．4本章小结

第3章多目标跟踪算法研究

3．1相控阵天线跟踪工作原理

3．1．1 TWS跟踪

3．1．2 TAS跟踪

3．2多目标跟踪算法

3．2．1机动目标模型

3．2．2常见的跟踪滤波及数据互联方法

3．2．3 PDA、JPDA算法改进方案

3．3多目标跟踪算法仿真结果与分析

3．3．1跟踪过程角误差分析

3．3．2 PDA算法单目标跟踪误差分析

3．3．3 JPDA算法多目标跟踪误差分析

3．3．4改进JPDA算法时间复杂度与误差分析

3．4本章小结

第4章相控阵天线扫描及跟踪波束控制实现

4．1波束控制功能及波控码计算

4．1．1波束指向与波控码关系

4．1．2跟踪状态下波控码计算

4．1．3波控系统辅助功能需求及补偿

4．2基于查表法对扫描模式下波束控制实现

4．2．1查表预处理法

4．2．2扫描模式波束控制仿真

4．3基于集中式计算法对跟踪模式下波束控制实现

4．3．1集中式计算法

4．3．2波控码计算功能模块仿真

4．3．3多目标跟踪模式波束控制仿真

4．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢