航天测控系统发展与宽带相控阵雷达技术

邹伟

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

中图分类号：TN851 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0230-01

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。

1 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。

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。

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。

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[2]。

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。

2 宽带测量雷达系统的相关技术

现在雷达信号带宽变得越来越高，雷达窄带假设特征在未来的发展中将会不断消失，比如雷达系统的接收特性目标的反射特性电波传播特性、系统的辐射特性等，所以信号在处理特性和波形等方面也开始具有越来越大的变化，同时越宽的带宽就会导致越大的变化。立足于雷达系统的角度进行分析，我们可以发现宽带雷达系统主要包括以下几个方面的特征：首先，其准正弦波的信号波形将会变成非正弦波形和准正弦波形。其次，偏轴方向的辐射信号在阵列天线情况下会因为孔径色散而出现不断变形的情况，而且在偏轴角加大的同时，这种变形也会相应加大。再次，因为点目标在高分变宽带信号下回成为一种“分布”目标，并且进一步导致尖头脉冲的目标散射回波波形逐渐的变成图像的形式。最后，天线方向图在宽带条件下将会变成空-时函数，其特征除了与天线的几何参数具有密切关系之外，而且还与信号参数密切相关。

3 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。

4 结语

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

[1]张宝玲，郑海昕，薛俊诗.一种高超声速雷达目标检测与参数估计方法[J].山东科技大学学报（自然科学版），2015（04）.

[2]张宝玲，郑海昕，薛俊诗.一种高超音速目标回波快速捕获方案的设计与测试[J].现代电子技术，2015（17）.