航天測控系統發展與寬帶相控陣雷達技術

鄒偉

摘要：由于現在航天領域的相關技術發展的越來越快，再加上目前出現了越來越多的新的航天試驗任務，因此新的航天技術在航天領域中的應用受到了人們的普遍關注。本文對航天測控系統測量能力需要進一步強化的若干方面以及寬帶雷達在實現升級轉型中的相關技術進行了分析和介紹，系統的分析了寬帶電掃（相控陣）雷達的相關性能和特征。

關鍵詞：航天測控系統 寬帶相控陣 雷達技術

中圖分類號：TN851 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0230-01

以美國為首的西方發達國家在上世紀70年代之后，通過相位測距技術、寬帶距離多普勒成像技術、寬帶高距離分辨技術等各種先進的帶寬雷達技術，尤其是利用寬帶相控陣雷達技術能夠將目標的微動態宏動態、目標的尺寸形狀、目標的長度等各種特征測量值提供給航天活動和武器試驗。而目前我國航天測控靶場也經過了幾十年的發展，在幾十年間我國將具有世界先進技術水平的、具有中國特色的航天測控系統建立了起來，實現了較快的發展。由于航天測控系統的不斷發展，寬帶相控陣雷達技術也發揮了越來越重要的作用，基于此，本文對航天測控系統發展與寬帶相控陣雷達技術進行了分析和介紹。

1 航天測控系統的發展概述

在武器系統試驗水平不斷提升、航天活動日益頻繁以及航天技術不斷發展的今天，航天測量系統在技術和能力水平等各個方面都需要不斷的升級?，F階段航天測控系統主要面臨著以下的機遇和挑戰：

①在已經能夠測量飛行器的落點、軌道等運動軌跡的基礎上，要不斷地提升測量飛行器目標特征的能力；測量與控制飛行器的飛行軌跡在航天飛行器發展的開始屬于一個主要的矛盾，必須要確保精準的軌道和準確的落點。現階段，防御系統的反突防技術和飛行器的突防技術之間的對抗則屬于主要的航天飛行器對抗矛盾，所以航天測控系統未來的經常性、大量的測量任務就是目標識別試驗和對目標特征的控制和測量[1]。

②提升“非合作測量”目標的能力，現在很多測量任務就是測量信標目標和應答目標，未來以此為基礎，強化主動反射式測量目標的能力具有十分重要的作用。

③提升測量與控制深空目標的能力，未來的火星探測任務、月球探測任務以及與其他星球有關的相關探測任務都需要航天測控系統具有很高的測量和控制深空目標的能力。

④提升同時測量多目標的能力，在航天活動不斷發展的今天，比如空間站對接活動、載人航天發射、飛行器對抗試驗、飛行器突防試驗等各項活動都需要航天測控系統可以做到同時測量和控制多個飛行器目標，一般都需要對幾個目標進行同時測量，甚至還需要對幾十個目標進行測量，比如目前的美國導彈防御系統。

⑤提升測量目標微觀特性的能力，由于在突防技術和反突防技術方面飛行器發展的越來越快，因此航天測控系統除了需要對飛行器的宏觀整體特性參數進行測量之外，還要能夠對飛行器目標的微動態特性和微觀結構特性等進行測量，比如目標局部結構的運行、目標飛行中的章動和振動目標的結構和幾何形狀等，上述的這些特性的測量主要包括目標微多普勒測量、目標微距離測量、目標二維及三維成像、目標高距離分辨等。因此航天測控系統在未來必須要不斷的強化自身測量目標微觀特性的能力[2]。

⑥提升監視空間碎片的能力。要在試驗測量空間飛行器的基礎上，不斷地強化監視空間碎片的相關能力。

2 寬帶測量雷達系統的相關技術

現在雷達信號帶寬變得越來越高，雷達窄帶假設特征在未來的發展中將會不斷消失，比如雷達系統的接收特性目標的反射特性電波傳播特性、系統的輻射特性等，所以信號在處理特性和波形等方面也開始具有越來越大的變化，同時越寬的帶寬就會導致越大的變化。立足于雷達系統的角度進行分析，我們可以發現寬帶雷達系統主要包括以下幾個方面的特征：首先，其準正弦波的信號波形將會變成非正弦波形和準正弦波形。其次，偏軸方向的輻射信號在陣列天線情況下會因為孔徑色散而出現不斷變形的情況，而且在偏軸角加大的同時，這種變形也會相應加大。再次，因為點目標在高分變寬帶信號下回成為一種“分布”目標，并且進一步導致尖頭脈沖的目標散射回波波形逐漸的變成圖像的形式。最后，天線方向圖在寬帶條件下將會變成空-時函數，其特征除了與天線的幾何參數具有密切關系之外，而且還與信號參數密切相關。

3 寬帶相控陣測量雷達的性能分析

現階段，下面的方式是最為常用的雷達作用距離方程：

在該公式中：發射功率用Pt來表示；發射天線增益和接收天線增益分別用Gt、Gr來表示；目標反射面積用σ來表示；天線端的最小噪聲溫度和信噪比用（S/N）in、Ts來表示；波爾茲曼常數用K來表示；接收系統等噪聲帶寬用Bn來表示；系統損耗用L來表示。

該公式中我們可以看出，在帶寬Bn不斷擴展的同時，探測距離開始不斷減小，因此可能會得出與窄帶雷達相比寬帶雷達具有較低探測性能的結論，然而這種推測卻是一個假象。如果引入匹配濾波概念，那么上面的公式就會變成：

在該公式中，匹配濾波接收機輸出端信噪比用（S/N）out來表示；脈沖寬度用τ來表示。由于需要在接收機輸出端進行雷達的檢測判決，所以通過該公式我們可以發現，雷達的探測性能不會受到帶寬的直接影響，因此從一定程度上來說，窄帶和寬帶與探測性能之間不具備聯系。

4 結語

由于目前航天測控系統正在加速升級和轉型的過程中，因此，航天測量能力面臨著眾多的挑戰和機遇，在這一背景下，包括寬帶電掃雷達和寬帶機掃雷達等各種寬帶雷達在航天測控系統中將要發揮越來越重要的作用?；诖?，本文分析并介紹了寬帶雷達的性能和系統特征，寬帶相控陣雷達在航天測控應用中屬于一種同時具備相控陣技術和寬帶技術的雷達，也可以是由寬帶機掃雷達和相控陣來打等共同組成的寬帶相控陣雷達系統。

參考文獻

[1]張寶玲，鄭海昕，薛俊詩.一種高超聲速雷達目標檢測與參數估計方法[J].山東科技大學學報（自然科學版），2015（04）.

[2]張寶玲，鄭海昕，薛俊詩.一種高超音速目標回波快速捕獲方案的設計與測試[J].現代電子技術，2015（17）.