航天测控系统发展与宽带相控阵雷达技术

刘先莉姚巍

摘要：由于现在航天领域的相关技术发展的越来越快，再加上目前出现了越来越多的新的航天试验任务，因此新的航天技术在航天领域中的应用受到了人们的普遍关注。本文对航天测控系统测量能力需要进一步强化的若干方面以及宽带雷达在实现升级转型中的相关技术进行了分析和介绍，系统的分析了宽带电扫（相控阵）雷达的相关性能和特征。?

关键词：航天测控系统宽带相控阵雷达技术?

以美国为首的西方发达国家在上世纪70年代之后，通过相位测距技术、宽带距离多普勒成像技术、宽带高距离分辨技术等各种先进的带宽雷达技术，尤其是利用宽带相控阵雷达技术能够将目标的微动态宏动态、目标的尺寸形状、目标的长度等各种特征测量值提供给航天活动和武器试验。而目前我国航天测控靶场也经过了几十年的发展，在几十年间我国将具有世界先进技术水平的、具有中国特色的航天测控系统建立了起来，实现了较快的发展。由于航天测控系统的不断发展，宽带相控阵雷达技术也发挥了越来越重要的作用，基于此，本文对航天测控系统发展与宽带相控阵雷达技术进行了分析和介绍。?

一、航天测控系统的发展概述?

在武器系统试验水平不断提升、航天活动日益频繁以及航天技术不断发展的今天，航天测量系统在技术和能力水平等各个方面都需要不断的升级。现阶段航天测控系统主要面临着以下的机遇和挑战：?

1.1在已经能够测量飞行器的落点、轨道等运动轨迹的基础上，要不断地提升测量飞行器目标特征的能力；测量与控制飞行器的飞行轨迹在航天飞行器发展的开始属于一个主要的矛盾，必须要确保精准的轨道和准确的落点。现阶段，防御系统的反突防技术和飞行器的突防技术之间的对抗则属于主要的航天飞行器对抗矛盾，所以航天测控系统未来的经常性、大量的测量任务就是目标识别试验和对目标特征的控制和测量。?

1.2提升“非合作测量”目标的能力，现在很多测量任务就是测量信标目标和应答目标，未来以此为基础，强化主动反射式测量目标的能力具有十分重要的作用。?

1.3提升测量与控制深空目标的能力，未来的火星探测任务、月球探测任务以及与其他星球有关的相关探测任务都需要航天测控系统具有很高的测量和控制深空目标的能力。?

1.4提升同时测量多目标的能力，在航天活动不断发展的今天，比如空间站对接活动、载人航天发射、飞行器对抗试验、飞行器突防试验等各项活动都需要航天测控系统可以做到同时测量和控制多个飞行器目标，一般都需要对几个目标进行同时测量，甚至还需要对几十个目标进行测量，比如目前的美国导弹防御系统。?

1.5提升测量目标微观特性的能力，由于在突防技术和反突防技术方面飞行器发展的越来越快，因此航天测控系统除了需要对飞行器的宏观整体特性参数进行测量之外，还要能够对飞行器目标的微动态特性和微观结构特性等进行测量，比如目标局部结构的运行、目标飞行中的章动和振动目标的结构和几何形状等，上述的这些特性的测量主要包括目标微多普勒测量、目标微距离测量、目标二维及三维成像、目标高距离分辨等。因此航天测控系统在未来必须要不断的强化自身测量目标微观特性的能力。?

1.6提升监视空间碎片的能力。要在试验测量空间飞行器的基础上，不断地强化监视空间碎片的相关能力。?

二、宽带相控阵测量雷达的性能分析?

现阶段，下面的方式是最为常用的雷达作用距离方程：?

在该公式中：发射功率用Pt来表示；发射天线增益和接收天线增益分别用Gt、Gr来表示；目标反射面积用σ来表示；天线端的最小噪声温度和信噪比用（S/N）in、Ts来表示；波尔兹曼常数用K来表示；接收系统等噪声带宽用Bn来表示；系统损耗用L来表示。?

该公式中我们可以看出，在带宽Bn不断扩展的同时，探测距离开始不断减小，因此可能会得出与窄带雷达相比宽带雷达具有较低探测性能的结论，然而这种推测却是一个假象。如果引入匹配滤波概念，那么上面的公式就会变成：?

在该公式中，匹配滤波接收机输出端信噪比用（S/N）out来表示；脉冲宽度用τ来表示。由于需要在接收机输出端进行雷达的检测判决，所以通过该公式我们可以发现，雷达的探测性能不会受到带宽的直接影响，因此从一定程度上来说，窄带和宽带与探测性能之间不具备联系。

三、相控阵雷达系统的设计主要技术分析

3.1信号目标分段处理技术?

信号目标粪分段处理技术，是相控阵雷达系统的一部分，由于相控阵雷达系统的实现是在雷达接收信号的基础上，逐步完善现代信号无线传输结构，实现雷达信号接收区域间的信号对接，无线雷达信号在电磁波的作用下改变原来的信号波传输方向，建立不同的信号单元模块。计算机系统此时依据频率变化进行信号波的收集整理，将雷达信号分为不同的信号目标阶段，实现现代雷达信号的接收输送管理系统性发展。例如：相控阵雷达系统的分段管理一般可以依据信号的传送距离不同分为短距离信号波频段和长距离信号波频段，发挥相控阵雷达系统分布空间优势，完成雷达接收信号的传输与交换。此外，相控阵雷达系统中的分段信号管理结构中，短距离信号波频段和长距离信号波频段可以随着无线信号的需求相互转换，雷达信号的应用灵活性增强。?

3.2雷达系统的相对独立性控制?

相控阵雷达系统设计中的主要技术形式，也逐步实现了雷达系统信号传输结构的相对独立，雷达系统的信号传输结构具有相对完善的雷达应用数据处理平台，单一系统中的雷达信号能够在无干扰的情况下进行系统内部接收与传输，但雷达信号抗干扰性较差。相控阵雷达系统中采用电磁原理，将雷达信号的搜寻的信号资源实现信号内部的混合，通过后期雷达计算的系统雷达规划格局，重新建立雷达传输网络结构，雷达系统在网络平台中对传输的信号取长补短，大大增加了雷达传输系统的信号强度，完成现代雷达系统接收分配的稳定，并且保障相控阵雷达系统设计结构内部雷达信号的相对独立性的传输，是现代相控阵雷达系统设计与传统雷达系统中不同之处。?

3.3线性调频信号技术?

线性调频技术也是相控阵雷达系统中的主要技术形式之一，新型雷达信号处理技术将雷达接收的相关信号资源进行综合性转换，一方面，对接收的雷达信号进行信号频率段的分析，将接收的雷达信号进行信号存储的综合性分配；另一方面，相控阵雷达系统也逐步结合频率运算数据而结构进行信号的调频分配，例如：雷达信号检测信号=载波频率×信号传输的矩形信号数据，线性调频数据应用技术下的综合性探索，是保障相控阵雷达系统发挥良好数据监测作用重要技术之一，它可以保障相控阵雷达系统信号资源规划与分析的准确性、科学性，是现代相控阵雷达系统设计发展的必要性技术保障。

结束语：?

由于目前航天测控系统正在加速升级和转型的过程中，因此，航天测量能力面临着众多的挑战和机遇，在这一背景下，包括宽带电扫雷达和宽带机扫雷达等各种宽带雷达在航天测控系统中将要发挥越来越重要的作用。基于此，本文分析并介绍了宽带雷达的性能和系统特征，宽带相控阵雷达在航天测控应用中属于一种同时具备相控阵技术和宽带技术的雷达，也可以是由宽带机扫雷达和相控阵来打等共同组成的宽带相控阵雷达系统。?

参考文献：?

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