杨诚修，王谦喆，雷文太，李淑婧

（1.空军工程大学空管领航学院，西安 710051；2.中南大学信息科学与工程学院，长沙 410083）

0 引言

集群作战是通过模拟群聚生物的协作行为与信息交互方式，以自主化和智能化的整体协同完成作战任务，是近年来出现的一种新型作战模式。空战环境下，机载雷达担负着早期发现和预警的重要任务，单部雷达以搜索模式对敏感区域进行搜索探测。一旦有目标进入该空域，雷达转为跟踪模式，并输出目标的位置、速度等信息。集群空战模式下，有人/无人机载平台可以基于集群内部通信链路实现战场感知信息的共享。这种场景下，各平台上的雷达终端构成一个雷达集群，该雷达集群具备协同探测的能力。雷达集群的协同，一方面可以避免各部雷达独立工作造成的相互电磁干扰，另一方面，可以提高雷达集群整体的探测能力。

国内外开展了大量雷达集群技术方面的研究工作：国外研究人员分析了雷达系统的分布式、智能化、多站、频谱利用率等关键问题，阐述了智能化雷达组网的概念，内容涉及辐射源管理、节点间通信、节点间的空域定位与时域同步等［1］；文献［2］分析了单站雷达组网和双站雷达组网的探测性能，采用凸集优化理论，解决了双站雷达组网中的有限发射节点和最少接收节点的寻优问题；文献［3-4］研究了多站雷达的空域和时域对准方法，分析了多站雷达组网在空时域的高分辨能力，并建立了组网雷达用于目标跟踪时的性能评估模型。国内学者建立了航空集群雷达回波反隐身探测模型，采用空域分割法对布设在不同距离、不同方位的接收雷达形成的探测空域进行了仿真计算［5］；文献［6］基于集群平台生成了一种软件化雷达体系结构，有效提高了软件化雷达的开发效率和软件质量。

目前关于雷达集群方面的研究集中在分布式雷达组网模式［7］、辐射控制模式［8］、雷达组网设计［9］、组网信息融合［10］等方面，没有涉及到集群雷达成像。因此，本文给出了一种雷达集群单次快拍协同成像方法。

1 发射节点的选择

由雷达集群的中控节点根据探测场景选定发射节点，发射节点向探测区域发射宽带电磁波，并同时向集群其他各节点发送同步时间戳和发射节点的空间位置。

中控节点的选取，有如下方法：

1）预设集群中存储和计算能力最优的节点为中控节点；

2）由上一级作战指令指定；

3）集群内自主随机确定。

发射节点的选取，应该综合考虑集群的构型。因为最终的成像效果与发射信号、集群的空间分布跨度有关。首先，集群内部接收节点应该更靠近成像区域，使得回波信号衰减更小，因此，发射节点可以选择集群内距离成像区域中心较远的节点；其次，在有限区域内，发射机、接收机与成像区域的夹角通常变化比较大，这样便于接收机从不同角度接收回波信号；最后应该设法使发射节点所发射的电磁波带宽被更多地接收，从而减少信号的遗漏。综上所述，发射节点通过求解以下优化问题确定：

2 雷达回波数据接收

集群其他各节点收到同步时间戳后，所在节点的雷达系统转为接收模式，接收被测区域的散射回波并进行回波处理；集群中除中控节点之外的各接收节点通过集群通信链路向中控节点传输数据，所传的数据包括各接收节点的空间位置和各接收节点雷达的回波。

雷达回波处理仅包括接收机硬件对射频回波的模拟信号处理，不包括后续的数字信号处理。也就是说，雷达回波处理表示时域射频回波经过接收机硬件的过程。时域射频信号经过接收机硬件后仍为一时域信号，经过模数转换后生成数字信号存储在接收机缓存中。该时间信号的时长按照下式计算确定：

3 中控节点成像处理

由中控节点进行成像处理，获得雷达集群单次快拍下的协同成像结果。

由中控节点进行成像处理，包括以下步骤：

1）数据解包与格式化

综上所述，雷达集群单次快拍协同成像方法的总体框图如图1 所示。

4 仿真计算

图1 雷达集群单次快拍成像方法流程图

图2 探测场景示意图

表1 单簇集群实孔径成像的仿真参数表

按照预定的雷达集群工作方案，根据预设值，设置3 号节点为中控节点。设置中控节点后，通过求解式（1）确定发射节点：

图3 目标函数随发射节点的变化曲线

从图中可见，当发射节点取为3 号节点时，目标函数获得最大值。因此，本例中取发射节点为3号节点。

本例中，中控节点和发射节点都是3 号节点。在中控节点的控制下，发射节点向外辐射电磁波，同时将同步时间戳向外发送。各接收节点（1，2，4，5，6）接收到同步时间戳后，转为接收模式，时域射频信号经过接收机硬件后仍为一时域信号，经过模数转换后生成数字信号存储在接收机缓存中。各接收节点的接收时长按照式（2）计算确定。

各接收节点按照式（3）的格式进行数据封装：

第m 个接收节点分别生成数据流（m=1，2，4，5，6），然后利用集群内数据链路传递给中控节点（3 号节点）。

图4 二维成像结果

5 结论

由于采用了集群阵列的空间采样，可以获得目标在多个空间角度的回波，克服了原来单机需要稳定跟踪才能进行的时间积累过程。基于上述思想，本文提出了一种雷达集群单次快拍协同探测成像方法。设计了协同探测成像的处理流程，并给出了中控节点和发射节点的选取方法，设计出发射节点和接收节点的工作流程，得到接收回波的处理过程和数据封装、传输方法。最后给出中控节点的数据解包、格式化和频域填充成像方法，实现了单次快拍下的雷达集群协同成像，具有很强的实用性和通用性。