多功能相控陣?yán)走_的波位編排方法仿真
[導(dǎo)讀]相控陣?yán)走_波位編排的功能是對一個給定的監(jiān)視空域進行照射波束編排，為相控陣?yán)走_的波位掃描提供搜索波位表。不同于傳統(tǒng)的機械掃描雷達，相控陣?yán)走_在探測目標(biāo)時，將存在著如下的問題：1.天線波束寬度隨著掃描角（即偏離陣面法線的夾角）變化，導(dǎo)致波束排列不均勻。2.陣面調(diào)節(jié)后導(dǎo)致波束寬度發(fā)生變...
相控陣?yán)走_波位編排的功能是對一個給定的監(jiān)視空域進行照射波束編排，為相控陣?yán)走_的波位掃描提供搜索波位表。不同于傳統(tǒng)的機械掃描雷達，相控陣?yán)走_在探測目標(biāo)時，將存在著如下的問題：
1. 天線波束寬度隨著掃描角（即偏離陣面法線的夾角）變化，導(dǎo)致波束排列不均勻。2. 陣面調(diào)節(jié)后導(dǎo)致波束寬度發(fā)生變化。3. 波束在空間中的切換（移動）是離散的，存在著最小波束躍度。
為了解決上述問題，都需要進行預(yù)先的波位編排，才能使雷達性能滿足指標(biāo)要求。同時通過進行波位編排，確定各波位位置，預(yù)先計算并存儲相應(yīng)的波控碼，在波束調(diào)度時直接調(diào)用波控碼，能夠快速相應(yīng)波控速度，而無需再重復(fù)計算各陣元的附加相移量。
波位排列方法
對于給定的搜索監(jiān)視空域，所需要的波位數(shù)目除了與波位參數(shù)有關(guān)以外，還與波位排列方式密切相關(guān)，波位排列方式的選擇應(yīng)該在波位個數(shù)與覆蓋范圍內(nèi)的平均增益損失之間進行折中考慮。
在設(shè)計波位排列時，臨近的兩個波位直徑距離越大，雷達完成對整個監(jiān)視空域掃描的時間就越短，但是會有很多區(qū)域被漏檢，使得所指定區(qū)域平均波束增益損失較多。
實際中，多采用三種方式進行波位排列，即列狀波束（矩形排列）、交錯波束（三角形排列）和低損耗點波束（交疊排列）。
三種波位編排各有優(yōu)點，列狀波束編排所需要的波位數(shù)目最少，但是它的覆蓋率較低，當(dāng)有限的相控陣資源是主要矛盾時，或者目標(biāo)分布密度較小時可以考慮這種排列方式；
低損耗點波位編排雖然其覆蓋率高，但是重疊率也高，容易造成對目標(biāo)的冗余探測，反而增加了后續(xù)航跡管理的難度，限制了其應(yīng)用范圍；
交錯波位編排的3dB覆蓋率達到了90%左右，同時重疊率為0，波位個數(shù)與覆蓋范圍內(nèi)的平均增益損失這兩種性能達到了較好的平衡，是一種常見的波位編排樣式，在本建模仿真中，主要采用這種方式進行空域波位編排。
波位編排仿真
將波位編排的一般步驟描述為如下五個具體步驟：
1. 根據(jù)雷達預(yù)設(shè)的監(jiān)視區(qū)域范圍，包括方位掃描范圍、俯仰掃描范圍，通過坐標(biāo)變換，將其變換至正弦空間坐標(biāo)系內(nèi)，即完成探測空域輪廓，并將其映射至正弦坐標(biāo)空間。
2. 根據(jù)正弦空間內(nèi)的波束寬度、預(yù)設(shè)的波束排列方式（如矩形排列、三角形排列、交疊排列等），在正弦空間內(nèi)安排各波位，計算各波位的中心坐標(biāo)；
3. 將各波位的中心坐標(biāo)通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（一般需要轉(zhuǎn)換兩次，首先轉(zhuǎn)至天線陣面坐標(biāo)系，然后轉(zhuǎn)至雷達站坐標(biāo)系內(nèi)），變換到雷達站坐標(biāo)系內(nèi)；
4. 通過方位、俯仰二維檢測，檢驗該波位是否落入雷達預(yù)設(shè)的監(jiān)視區(qū)域范圍內(nèi)，如果落入監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，則將波位位置存入正弦空間波位編排列表中，否則將丟棄；
5. 逐一執(zhí)行上述操作，生成整個正弦空間的波位編排列表，并通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將其變換至雷達站球坐標(biāo)系，便于后續(xù)進行事件調(diào)度使用。
在實際過程中，還需要根據(jù)波位編排列表中的每一個波位，對應(yīng)地生成波控碼，以提高波控相應(yīng)速度，在數(shù)字仿真中暫時不考慮。
利用上述五個步驟，給出具體的波位編排實例，詳見BeamArrange函數(shù)，它的調(diào)用形式如圖 3.1所示。
圖 3.1??波位編排主函數(shù)調(diào)用方式說明
采用如下圖所示的相控陣?yán)走_典型參數(shù)進行仿真。圖 3.2??仿真參數(shù)設(shè)置
在正弦空間坐標(biāo)系內(nèi)，采用三角形排列方式進行波位編排，得到如圖 3.3所示的結(jié)果。通過仿真可以看到，采用三角形排列（交錯波位）編排時，其3dB覆蓋率能達到90%左右，重復(fù)率為0，波位數(shù)目也較少，約為1423個。
圖 3.3??三角形排列下的波位編排結(jié)果
相控陣?yán)走_處于搜索工作狀態(tài)時，要對搜索空域立體角進行掃描并形成目標(biāo)檢測報告。為了提高對搜索空域中目標(biāo)的檢測概率，一般希望搜索空域立體角內(nèi)排列的波束不宜過松，以免造成漏檢；
另一方面，為了提高雷達搜索數(shù)據(jù)率，又要求搜索空域立體角內(nèi)排列的波束不宜過于緊密，安排的波位數(shù)目不宜過多。此外，天線陣列排列過密還會增加雷達的冗余探測，導(dǎo)致雷達在目標(biāo)航跡關(guān)聯(lián)、濾波預(yù)測等數(shù)據(jù)處理負擔(dān)增加。
綜上考慮，波位編排要在雷達檢測性能損失和搜索數(shù)據(jù)率之間尋求折中。在大多數(shù)實際用中，通常期望天線波束在搜索空域立體角內(nèi)均勻排列，并且根據(jù)不同的戰(zhàn)術(shù)要求，天線波位序列排列的緊密程度也有所不同。
本文節(jié)選自新推出的一個精品課程：《相控陣?yán)走_波束調(diào)度和多目標(biāo)航跡管理》，包含一個32頁的WORD文檔和豐富的Matlab程序集，見下面截圖：
精品課程目錄
1相控陣?yán)走_事件調(diào)度1.1概述1.2影響調(diào)度的主要因素1.2.1各種工作方式的相對優(yōu)先級1.2.2調(diào)度間隔的選擇1.2.3資源與設(shè)計條件約束1.3自適應(yīng)調(diào)度策略及其準(zhǔn)則2雷達事件調(diào)度建模2.1雷達事件類型2.2雷達事件優(yōu)先級準(zhǔn)則2.2.1精度準(zhǔn)則2.2.2緊迫性準(zhǔn)則2.3時間和能量約束2.4雷達自適應(yīng)調(diào)度仿真流程2.5程序仿真實現(xiàn)3空域波位編排3.1波位排列方法3.2波位編排仿真4多目標(biāo)航跡管理4.1狀態(tài)預(yù)測與更新4.2航跡起始和終結(jié)4.2.1概述4.2.2起始和終結(jié)規(guī)則4.3航跡關(guān)聯(lián)5結(jié)束語5.1工作總結(jié)5.2需完善內(nèi)容附錄A 程序中使用的坐標(biāo)系定義附錄B 程序使用說明
點擊“閱讀原文”訂閱后下載文檔和程序，運行主函數(shù)：MPAR2DBeamScan.m，得到上面視頻中的調(diào)度效果，更多方式你可以自行消化程序后自行修改。該精品課程有專屬的交流群，訂閱后聯(lián)系小編(ID:Zang_lxl)邀請加入。
1. 天線波束寬度隨著掃描角（即偏離陣面法線的夾角）變化，導(dǎo)致波束排列不均勻。2. 陣面調(diào)節(jié)后導(dǎo)致波束寬度發(fā)生變化。3. 波束在空間中的切換（移動）是離散的，存在著最小波束躍度。
為了解決上述問題，都需要進行預(yù)先的波位編排，才能使雷達性能滿足指標(biāo)要求。同時通過進行波位編排，確定各波位位置，預(yù)先計算并存儲相應(yīng)的波控碼，在波束調(diào)度時直接調(diào)用波控碼，能夠快速相應(yīng)波控速度，而無需再重復(fù)計算各陣元的附加相移量。
波位排列方法
對于給定的搜索監(jiān)視空域，所需要的波位數(shù)目除了與波位參數(shù)有關(guān)以外，還與波位排列方式密切相關(guān)，波位排列方式的選擇應(yīng)該在波位個數(shù)與覆蓋范圍內(nèi)的平均增益損失之間進行折中考慮。
在設(shè)計波位排列時，臨近的兩個波位直徑距離越大，雷達完成對整個監(jiān)視空域掃描的時間就越短，但是會有很多區(qū)域被漏檢，使得所指定區(qū)域平均波束增益損失較多。
實際中，多采用三種方式進行波位排列，即列狀波束（矩形排列）、交錯波束（三角形排列）和低損耗點波束（交疊排列）。
三種波位編排各有優(yōu)點，列狀波束編排所需要的波位數(shù)目最少，但是它的覆蓋率較低，當(dāng)有限的相控陣資源是主要矛盾時，或者目標(biāo)分布密度較小時可以考慮這種排列方式；
低損耗點波位編排雖然其覆蓋率高，但是重疊率也高，容易造成對目標(biāo)的冗余探測，反而增加了后續(xù)航跡管理的難度，限制了其應(yīng)用范圍；
交錯波位編排的3dB覆蓋率達到了90%左右，同時重疊率為0，波位個數(shù)與覆蓋范圍內(nèi)的平均增益損失這兩種性能達到了較好的平衡，是一種常見的波位編排樣式，在本建模仿真中，主要采用這種方式進行空域波位編排。
波位編排仿真
將波位編排的一般步驟描述為如下五個具體步驟：
1. 根據(jù)雷達預(yù)設(shè)的監(jiān)視區(qū)域范圍，包括方位掃描范圍、俯仰掃描范圍，通過坐標(biāo)變換，將其變換至正弦空間坐標(biāo)系內(nèi)，即完成探測空域輪廓，并將其映射至正弦坐標(biāo)空間。
2. 根據(jù)正弦空間內(nèi)的波束寬度、預(yù)設(shè)的波束排列方式（如矩形排列、三角形排列、交疊排列等），在正弦空間內(nèi)安排各波位，計算各波位的中心坐標(biāo)；
3. 將各波位的中心坐標(biāo)通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（一般需要轉(zhuǎn)換兩次，首先轉(zhuǎn)至天線陣面坐標(biāo)系，然后轉(zhuǎn)至雷達站坐標(biāo)系內(nèi)），變換到雷達站坐標(biāo)系內(nèi)；
4. 通過方位、俯仰二維檢測，檢驗該波位是否落入雷達預(yù)設(shè)的監(jiān)視區(qū)域范圍內(nèi)，如果落入監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，則將波位位置存入正弦空間波位編排列表中，否則將丟棄；
5. 逐一執(zhí)行上述操作，生成整個正弦空間的波位編排列表，并通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將其變換至雷達站球坐標(biāo)系，便于后續(xù)進行事件調(diào)度使用。
在實際過程中，還需要根據(jù)波位編排列表中的每一個波位，對應(yīng)地生成波控碼，以提高波控相應(yīng)速度，在數(shù)字仿真中暫時不考慮。
利用上述五個步驟，給出具體的波位編排實例，詳見BeamArrange函數(shù)，它的調(diào)用形式如圖 3.1所示。
圖 3.1??波位編排主函數(shù)調(diào)用方式說明
采用如下圖所示的相控陣?yán)走_典型參數(shù)進行仿真。圖 3.2??仿真參數(shù)設(shè)置
在正弦空間坐標(biāo)系內(nèi)，采用三角形排列方式進行波位編排，得到如圖 3.3所示的結(jié)果。通過仿真可以看到，采用三角形排列（交錯波位）編排時，其3dB覆蓋率能達到90%左右，重復(fù)率為0，波位數(shù)目也較少，約為1423個。
圖 3.3??三角形排列下的波位編排結(jié)果
相控陣?yán)走_處于搜索工作狀態(tài)時，要對搜索空域立體角進行掃描并形成目標(biāo)檢測報告。為了提高對搜索空域中目標(biāo)的檢測概率，一般希望搜索空域立體角內(nèi)排列的波束不宜過松，以免造成漏檢；
另一方面，為了提高雷達搜索數(shù)據(jù)率，又要求搜索空域立體角內(nèi)排列的波束不宜過于緊密，安排的波位數(shù)目不宜過多。此外，天線陣列排列過密還會增加雷達的冗余探測，導(dǎo)致雷達在目標(biāo)航跡關(guān)聯(lián)、濾波預(yù)測等數(shù)據(jù)處理負擔(dān)增加。
綜上考慮，波位編排要在雷達檢測性能損失和搜索數(shù)據(jù)率之間尋求折中。在大多數(shù)實際用中，通常期望天線波束在搜索空域立體角內(nèi)均勻排列，并且根據(jù)不同的戰(zhàn)術(shù)要求，天線波位序列排列的緊密程度也有所不同。
本文節(jié)選自新推出的一個精品課程：《相控陣?yán)走_波束調(diào)度和多目標(biāo)航跡管理》，包含一個32頁的WORD文檔和豐富的Matlab程序集，見下面截圖：
精品課程目錄
1相控陣?yán)走_事件調(diào)度1.1概述1.2影響調(diào)度的主要因素1.2.1各種工作方式的相對優(yōu)先級1.2.2調(diào)度間隔的選擇1.2.3資源與設(shè)計條件約束1.3自適應(yīng)調(diào)度策略及其準(zhǔn)則2雷達事件調(diào)度建模2.1雷達事件類型2.2雷達事件優(yōu)先級準(zhǔn)則2.2.1精度準(zhǔn)則2.2.2緊迫性準(zhǔn)則2.3時間和能量約束2.4雷達自適應(yīng)調(diào)度仿真流程2.5程序仿真實現(xiàn)3空域波位編排3.1波位排列方法3.2波位編排仿真4多目標(biāo)航跡管理4.1狀態(tài)預(yù)測與更新4.2航跡起始和終結(jié)4.2.1概述4.2.2起始和終結(jié)規(guī)則4.3航跡關(guān)聯(lián)5結(jié)束語5.1工作總結(jié)5.2需完善內(nèi)容附錄A 程序中使用的坐標(biāo)系定義附錄B 程序使用說明
點擊“閱讀原文”訂閱后下載文檔和程序，運行主函數(shù)：MPAR2DBeamScan.m，得到上面視頻中的調(diào)度效果，更多方式你可以自行消化程序后自行修改。該精品課程有專屬的交流群，訂閱后聯(lián)系小編(ID:Zang_lxl)邀請加入。
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