舰载一维相控阵的测量定位雷达组网研究

左航洲，毛梦月，周光鲁，高 渊

舰载一维相控阵的测量定位雷达组网研究

左航洲，毛梦月，周光鲁，高 渊

（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）

舰载测量定位雷达采用二次雷达原理实现舰艇编队成员间舷角及距离的精确测量，舰艇编队测量定位雷达的基础是雷达组网。本文针对舰载一维相控阵的测量定位雷达组网提出一种新的组网流程及关键技术，以实现舰艇编队成员间测量定位雷达的组网及精确测量。

测量定位雷达；二次雷达；一维相控阵；雷达组网

0 引言

近年来随着海军装备的发展，特别是21世纪以来海军舰艇数据“下饺子”式剧增，舰艇编队概念随即引入。协同作战发展成为舰艇编队作战系统的热点，舰艇编队协同作战首要任务是编队成员间协同定位和组网。

雷达组网[1-2]可实现舰艇编队成员间情报信息共享，为舰艇编队协同作战决策提供基础信息，舰艇编队间组网的关键技术是协同测量和统一时间建立[3]。文献[4]对舰载雷达的组网探测必要性进行了论证，并定量评价了探测网络信息领域的相关性能，通过一个实例证明了组网探测能提高探测的精度。文献[5]通过时分配对方法建立多站点时隙任务表，以此完成多站点间的组网流程。

本文针对舰载一维相控阵的测量定位雷达组网实现过程展开研究，测量定位雷达组网流程设计为：组网参数加载、运行时隙任务表、搜索入网、建立统一系统时、精密测角/测距和网络状态锁定表。

1 雷达组网流程

本文设计的舰载一维相控阵测量定位雷达的天线为四面阵，每个阵面均为一维相控阵天线，阵面天线俯仰波束宽度47°，方位做一维相扫，扫描范围±47°，四个阵面天线覆盖360°全方位扫描。舰载一维相控阵测量定位雷达工作环境模型如图1所示。

图1 舰载一维相控阵测量定位雷达工作环境模型

测量定位雷达组网通过在编队舰艇上安装测量定位雷达，测量定位雷达采用基于频分多址的时分/配对测量网络并结合二次雷达原理，完成编队舰艇间相对角度及距离的精确测量。

测量定位雷达组网流程如图2所示。

图2 测量定位雷达组网流程

基准成员指雷达组网中的授时中心，非基准成员指雷达组网中被授时成员。在组网雷达网络中基准成员向非基准成员授时，非基准成员在时隙脉冲上向基准成员对齐，从而达到非基准与基准成员时隙脉冲同步。

步骤1：组网参数加载

舰载测量定位雷达通过局域网接收指控设备送来的编队成员数、ID号及基准节点信息等参数，进行雷达组网参数加载。

步骤2：运行时隙任务表

测量定位雷达根据组网参数加载信息生成相应的时隙任务表，时隙任务表根据组网参数加载信息中编队成员数进行动态生成。测量定位雷达将工作周期划分为测量时隙、搜索组网时隙、对时时隙和备用时隙，按照时隙任务表进行工作。

步骤3：搜索入网

测量定位雷达基准成员在其平台组网时隙4个阵面同时发射组网接入信号，波束宽度3°，波束起始位于法线左面47°，在其每一个发射时隙，按照3°波束跃度向右扫描；非基准成员按照平台时间精度设定一定的时间提前量，按网络接入的时频参数设置通道，四个阵面在一个时隙内同时以3°定向波束在360°范围扫描搜索接收组网接入信号。一旦截获目标，可获得基准成员的ID号与系统时隙时间信息，采用单脉冲测角技术获得0.3°精度的角位置信息。为了避免波束副瓣截获，利用差波束副瓣高于和波束副瓣特性，采用和差信号联合检测方式；接下来非基准成员按时隙任务表同步，在配对测量时隙以3°波束定向发射网络登录信号，基准成员则以波束宽度3°搜索接收，截获目标后确认非基准成员的ID号、同步状态、提取信号到达时间和角度信息，完成节点的搜索入网。

步骤4：建立统一系统时

在定向发射—定向接收组网接入后，与基准成员相比，非基准成员时隙起点滞后一个空间电波传播延时。为实现测量网络时间的同步，在配对测量时隙采用有源校时（Round Trip Timing，RTT）方法。基准节点作为时间基准（Time Reference，TR），使其余所有成员与之同步，形成统一系统时。

图3 RTT原理示意图

步骤5：精密测角、测距

测量定位雷达完成搜索入网、对时工作后转入测量工作模式，按照时隙任务表配对测量，一次测量即可完成一次测角工作，两次配对测量即可完成测距工作。

步骤6：网络状态锁定表

网络内各成员节点依照时隙任务表在节点间进行搜索、捕获；基准节点作为测量网络时间基准，采用RTT校时原理使其余成员与之同步，建立统一系统时。在测量时隙，节点间以二次雷达工作方式进行节点间舷角和距离的测量，生成网络状态锁定表，并将测量结果送给编队作战指控系统，以完成编队舰艇间成员节点组网。

2 关键技术分析

搜索入网采用慢发、快收原则进行组网，测量定位雷达将1 s分为512个时隙，按照3°波束宽度搜索。

基准成员在其平台组网时隙4个天线阵面同时发射组网接入信号，波束宽度3°，波束起始位于法线左面47°，在给其分配的每个组网发射时隙，按照3°波束跃度向右扫描，单天线覆盖94°共需要16 s，即基准成员需要16 s可以完成360°扫描。个组网发射时隙可以覆盖个配对成员。与此同时，非基准成员的每个天线在给其分配的每一个组网接收时隙内在94°范围以3°波束宽度快速扫描，四个天线可以覆盖360°搜索范围，搜索并接收组网接入信号。非基准成员在1 s内可以接收个配对成员发出的组网信息。该慢发快收的工作方式大大提高了入网效率以及稳定性。

以组网网络中10个成员为例，网内节点测量时隙任务表如表1所示。

网内10个成员节点两两配对完成一次全测量只需用20个时隙。相同成员节点之间配对采用不同时隙，即采用分时来完成相同节点之间测量；不同成员节点之间配对共用时隙采用不同频率来完成测量，即采用分频来完成不同节点之间同时测量。按照时隙任务表配对测量，一次测量即可完成一次测角工作，两次配对测量即可完成测距工作。

表1 10个节点时隙表

在系统成功组网后，成员间在一个工作周期内可以进行多次测量、通信，并通过RTT方法极大减少基准成员与非基准成员间的时间波动。在组网成功后，作战网络中的任意一个成员都可由系统指定作为基准成员向其他非基准成员授时，可以稳定高效地实现任意节点由非基准成员到基准成员的切换。

3 结论

本文针对舰载一维相控阵测量定位雷达，提出一种雷达组网流程及关键技术。该雷达组网流程可实现舰艇编队成员间互相跟踪、建立统一系统时和精确测量定位，为舰艇编队协同作战系统提供决策信息。该雷达组网通过时隙任务表采用慢发、快收组网工作方式提高了入网效率以及稳定性，可根据系统指派方式任意切换基准/非基准成员，同时基准成员向其他非基准成员授时。

[1] 郭冠斌，方青. 雷达组网技术的现状与发展[J]. 雷达科学与技术，2005，3（4）：93-198.

[2] 邵锡军，周琳. 预警探测系统雷达组网技术研究[J]. 现代雷达，2003，25（9）：1-4.

[3] 花汉兵. 雷达组网的特点及其关键技术研究[J]. 现代电子技术，2007，（23）：33-35.

[4] 张旭东，王昭，孙洁. 舰艇编队雷达组网探测研究[J].四川兵工学报，2010，31（7）：8-10.

[5] 王旭. TDMA系统目标多站定位理论与算法研究[D]. 成都：电子科技大学，2011.

Research on Networking of Shipboard One Dimensional Phased Array Measurement and Positioning Radar

ZUO Hangzhou, MAO Mengyue, ZHOU Guanglu, GAO Yuan

The shipboard measurement and positioning radar uses the principle of secondary radar to realize the accurate measurement of the angle and distance between the members of the warships. The foundation of the ship formation measurement and positioning radar is radar networking. A new network flow and key technology for the measurement and positioning radar networking of shipboard one-dimensional phased array are proposed in the paper, in order to realize the networking and accurate measurement among ship formation members for the measurement and positioning radar.

Measurement and Positioning Radar; Secondary Radar; One-Dimensional Phased Array; Radar Networking

E843

A

1674-7976-(2021)-04-310-03

2021-04-30。左航洲（1988.07-），陕西咸阳人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为雷达数据处理及显控开发。