航天測控系統(tǒng)發(fā)展與寬帶相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)

鄒偉

摘要：由于現(xiàn)在航天領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)發(fā)展的越來越快，再加上目前出現(xiàn)了越來越多的新的航天試驗任務(wù)，因此新的航天技術(shù)在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用受到了人們的普遍關(guān)注。本文對航天測控系統(tǒng)測量能力需要進(jìn)一步強(qiáng)化的若干方面以及寬帶雷達(dá)在實現(xiàn)升級轉(zhuǎn)型中的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了分析和介紹，系統(tǒng)的分析了寬帶電掃（相控陣）雷達(dá)的相關(guān)性能和特征。

關(guān)鍵詞：航天測控系統(tǒng) 寬帶相控陣 雷達(dá)技術(shù)

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

以美國為首的西方發(fā)達(dá)國家在上世紀(jì)70年代之后，通過相位測距技術(shù)、寬帶距離多普勒成像技術(shù)、寬帶高距離分辨技術(shù)等各種先進(jìn)的帶寬雷達(dá)技術(shù)，尤其是利用寬帶相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)能夠?qū)⒛繕?biāo)的微動態(tài)宏動態(tài)、目標(biāo)的尺寸形狀、目標(biāo)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(jīng)過了幾十年的發(fā)展，在幾十年間我國將具有世界先進(jìn)技術(shù)水平的、具有中國特色的航天測控系統(tǒng)建立了起來，實現(xiàn)了較快的發(fā)展。由于航天測控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，寬帶相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)也發(fā)揮了越來越重要的作用，基于此，本文對航天測控系統(tǒng)發(fā)展與寬帶相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)進(jìn)行了分析和介紹。

1 航天測控系統(tǒng)的發(fā)展概述

在武器系統(tǒng)試驗水平不斷提升、航天活動日益頻繁以及航天技術(shù)不斷發(fā)展的今天，航天測量系統(tǒng)在技術(shù)和能力水平等各個方面都需要不斷的升級。現(xiàn)階段航天測控系統(tǒng)主要面臨著以下的機(jī)遇和挑戰(zhàn)：

①在已經(jīng)能夠測量飛行器的落點、軌道等運動軌跡的基礎(chǔ)上，要不斷地提升測量飛行器目標(biāo)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(fā)展的開始屬于一個主要的矛盾，必須要確保精準(zhǔn)的軌道和準(zhǔn)確的落點。現(xiàn)階段，防御系統(tǒng)的反突防技術(shù)和飛行器的突防技術(shù)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(tǒng)未來的經(jīng)常性、大量的測量任務(wù)就是目標(biāo)識別試驗和對目標(biāo)特征的控制和測量[1]。

②提升“非合作測量”目標(biāo)的能力，現(xiàn)在很多測量任務(wù)就是測量信標(biāo)目標(biāo)和應(yīng)答目標(biāo)，未來以此為基礎(chǔ)，強(qiáng)化主動反射式測量目標(biāo)的能力具有十分重要的作用。

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

④提升同時測量多目標(biāo)的能力，在航天活動不斷發(fā)展的今天，比如空間站對接活動、載人航天發(fā)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(tǒng)可以做到同時測量和控制多個飛行器目標(biāo)，一般都需要對幾個目標(biāo)進(jìn)行同時測量，甚至還需要對幾十個目標(biāo)進(jìn)行測量，比如目前的美國導(dǎo)彈防御系統(tǒng)。

⑤提升測量目標(biāo)微觀特性的能力，由于在突防技術(shù)和反突防技術(shù)方面飛行器發(fā)展的越來越快，因此航天測控系統(tǒng)除了需要對飛行器的宏觀整體特性參數(shù)進(jìn)行測量之外，還要能夠?qū)︼w行器目標(biāo)的微動態(tài)特性和微觀結(jié)構(gòu)特性等進(jìn)行測量，比如目標(biāo)局部結(jié)構(gòu)的運行、目標(biāo)飛行中的章動和振動目標(biāo)的結(jié)構(gòu)和幾何形狀等，上述的這些特性的測量主要包括目標(biāo)微多普勒測量、目標(biāo)微距離測量、目標(biāo)二維及三維成像、目標(biāo)高距離分辨等。因此航天測控系統(tǒng)在未來必須要不斷的強(qiáng)化自身測量目標(biāo)微觀特性的能力[2]。

⑥提升監(jiān)視空間碎片的能力。要在試驗測量空間飛行器的基礎(chǔ)上，不斷地強(qiáng)化監(jiān)視空間碎片的相關(guān)能力。

2 寬帶測量雷達(dá)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)

現(xiàn)在雷達(dá)信號帶寬變得越來越高，雷達(dá)窄帶假設(shè)特征在未來的發(fā)展中將會不斷消失，比如雷達(dá)系統(tǒng)的接收特性目標(biāo)的反射特性電波傳播特性、系統(tǒng)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(dǎo)致越大的變化。立足于雷達(dá)系統(tǒng)的角度進(jìn)行分析，我們可以發(fā)現(xiàn)寬帶雷達(dá)系統(tǒng)主要包括以下幾個方面的特征：首先，其準(zhǔn)正弦波的信號波形將會變成非正弦波形和準(zhǔn)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(xiàn)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(yīng)加大。再次，因為點目標(biāo)在高分變寬帶信號下回成為一種“分布”目標(biāo)，并且進(jìn)一步導(dǎo)致尖頭脈沖的目標(biāo)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(shù)，其特征除了與天線的幾何參數(shù)具有密切關(guān)系之外，而且還與信號參數(shù)密切相關(guān)。

3 寬帶相控陣測量雷達(dá)的性能分析

現(xiàn)階段，下面的方式是最為常用的雷達(dá)作用距離方程：

在該公式中：發(fā)射功率用Pt來表示；發(fā)射天線增益和接收天線增益分別用Gt、Gr來表示；目標(biāo)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(shù)用K來表示；接收系統(tǒng)等噪聲帶寬用Bn來表示；系統(tǒng)損耗用L來表示。

該公式中我們可以看出，在帶寬Bn不斷擴(kuò)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(dá)相比寬帶雷達(dá)具有較低探測性能的結(jié)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(jī)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(jī)輸出端進(jìn)行雷達(dá)的檢測判決，所以通過該公式我們可以發(fā)現(xiàn)，雷達(dá)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(lián)系。

4 結(jié)語

由于目前航天測控系統(tǒng)正在加速升級和轉(zhuǎn)型的過程中，因此，航天測量能力面臨著眾多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，在這一背景下，包括寬帶電掃雷達(dá)和寬帶機(jī)掃雷達(dá)等各種寬帶雷達(dá)在航天測控系統(tǒng)中將要發(fā)揮越來越重要的作用。基于此，本文分析并介紹了寬帶雷達(dá)的性能和系統(tǒng)特征，寬帶相控陣?yán)走_(dá)在航天測控應(yīng)用中屬于一種同時具備相控陣技術(shù)和寬帶技術(shù)的雷達(dá)，也可以是由寬帶機(jī)掃雷達(dá)和相控陣來打等共同組成的寬帶相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]張寶玲，鄭海昕，薛俊詩.一種高超聲速雷達(dá)目標(biāo)檢測與參數(shù)估計方法[J].山東科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015（04）.

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