基于风电场动态稀布阵的主被动复合侦察系统及控制方法

本发明属于广域侦察电子对抗，具体涉及一种基于风电场动态稀布阵的主被动复合侦察系统及控制方法。

背景技术：

1、现有专用侦察警戒系统，需独立建设专用阵地、供电及传输链路，其建设成本高、部署周期长，固定阵地隐蔽性差、易被针对；同时，侦察模式单一，有源主动探测易被电子侦察设备截获暴露，无源被动侦察探测覆盖能力有限，无法兼顾侦察隐蔽性与全目标探测能力。而民用风电场已实现广域分布式布局，单座风电场覆盖范围可达数十平方公里，风机呈规则阵列排布，具备构建超大规模侦察阵列的天然条件；同时，每台风机均配套完善的冗余供电系统、工业光纤传输链路，风机叶片具备充足的天线布阵空间，无需额外大规模基建，是侦察部署的理想载体。然而，现有技术中尚未公开将风电场基础设施与侦察警戒系统进行深度复用、并构建统一分布式侦察系统的技术方案。现有风电场雷达系统均定位于民用安防领域，其技术架构与设计目标与广域侦察电子对抗存在本质差异。

2、现有技术公开了一种风电场低空目标多雷达协同探测系统及方法，解决了传统风电场单点安防雷达受风机塔筒、旋转叶片遮挡存在大量探测盲区、多目标跟踪易丢失、虚警率高的问题，可应用于民用风电场自身的近距离低空安防场景，针对的探测目标为闯入风电场范围的无人机、低空通航飞行器、滑翔伞等低空慢速小目标。但是，该系统仅服务于风电场自身的安全防护，无广域侦察警戒的设计定位。

3、综上，现有专用侦察警戒系统及风电场雷达存在以下缺陷：一是，缺乏能源设施与广域侦察融合深度复用，独立建站成本高、易暴露，而现有风电场雷达仅服务于民用安防，独立于风电场，未与全目标侦察融合；二是，不具备分布式稀布阵的协同工作能力，无信号级相干合成，缺乏适配旋转阵元与大尺度阵列的相位校正，且无统一中心控制架构；三是，探测模式单一，纯有源模式隐蔽性差，纯无源模式无法探测静默目标，无法在同一硬件架构下兼顾隐蔽性与全目标覆盖。基于此，急需研发一种利用风电场现有基础设施的新型主被动复合侦察系统及控制方法，以有效解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于，提供一种基于风电场动态稀布阵的主被动复合侦察系统，还提供一种基于风电场动态稀布阵的主被动复合侦察系统的控制方法，以解决利用风电场现有基础设施，构建一套能够实现主被动一体化的稀布阵侦察系统，在保证低成本、隐蔽化部署的前提下，使风电场各风机节点能够统一组阵、协同工作，兼顾侦察隐蔽性与大空域、全目标的覆盖能力的问题。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种基于风电场动态稀布阵的主被动复合侦察系统，包括风机端接收层、光纤传输层和风电场中心处理控制站；

4、风机端接收层，由叶片天线阵元、叶片辐射分区、高频滑环、辅助天线、收发组件、中频处理单元、波形生成单元、高速adc、fpga、光纤收发模块、叶根光电编码器、rtk-gnss定位单元和风机端控制单元组成，设置在风电场内各台风机上，各风机负责接收目标辐射信号或反射回波，完成低噪声放大、下变频、模数转换后，由fpga对数字信号进行数字下变频与基带处理，生成基带iq数据，并通过光纤传输层单向传输至风电场中心处理控制站，用于阵列级相干处理与波束形成。

5、光纤传输层，包括风机端光纤收发模块、风电场工业光纤环网、光纤交换设备和光纤传输链路，采用光纤时频同步网络，用于各风机子阵与风电场中心处理控制站之间的双向高速数据通信，并承载风电场中心处理控制站向各风机分发的时频同步基准信号；

6、风电场中心处理控制站，包括时频同步模块、数据接收与预处理模块、核心信号处理模块、系统校正与控制模块、数据存储与显控模块及显控终端，设置于风电场升压站内，复用机房与供电设施，用于全阵列的高精度时频同步、信号汇聚与集中相干处理、全链路相位校正、主被动双模式管控及目标数据融合。

7、进一步地，风电场内每台风机为一个独立的稀布阵子阵单元，所有风机子阵在空间上形成广域分布式稀布阵布局，每台风机的叶片天线阵元共形安装于叶片表面或叶片内部，沿叶片长度方向划分多个辐射分区，每个分区可独立馈电，叶片根部设置高频滑环，用于传输旋转叶片与机舱之间的射频信号，机舱外部或塔筒顶部配置辅助天线，用于低频段补充或参考校准；各叶片天线阵元通过叶片内部馈线或共形馈电网络连接至叶片根部的高频滑环，高频滑环的固定端与机舱内收发组件连接，用于传输旋转叶片与机舱之间的射频信号。

8、更进一步地，叶片天线阵元采用共形贴装或内嵌固定方式安装于风机叶片上；对于叶片表面安装方式，叶片天线阵元采用柔性基板或薄型共形天线结构，通过结构胶、环氧树脂胶层或复合材料蒙皮封装固定在叶片外表面，并在外侧设置防水、防雷、防盐雾和抗紫外保护层，使其与叶片表面形成共形一体结构；对于叶片内部安装方式，叶片天线阵元可预埋或固定于叶片内部复合材料夹层、加强筋附近或预留安装腔内，通过绝缘支架、复合材料层压结构或灌封材料固定。

9、更进一步地，rtk-gnss定位单元设置于机舱内或机舱顶部，用于获取机舱偏航角和风机基准阵全局三维坐标，叶根光电编码器设置于叶根处，用于实时采集叶片旋转角度和叶片转速。

10、更进一步地，单风机内部配置宽带校准信号源，能够向所有收发通道注入已知校准信号，解算并校正各通道的幅度衰减与相位偏移。

11、更进一步地，所述波形生成单元设置在机舱内，收发组件、中频处理单元、高速adc、fpga和光纤收发模块安装于机舱内或塔筒顶部设备舱内，收发组件与中频处理单元连接，中频处理单元与高速adc连接，高速adc与fpga连接，fpga与光纤收发模块连接，光纤收发模块再接入风电场工业光纤环网。

12、所述收发组件包括功放、低噪声放大器、混频器；所述中频处理单元能够生成中频发射信号，经高频滑环传输至叶片内的收发组件，上变频至对应工作频段的射频信号后，经功率放大器放大后由叶片天线阵元完成定向发射；所述高速adc用于对下变频后的中频信号进行高速数字采样；所述fpga用于完成数字下变频、抽取滤波、时间标记、幅相预校正和基带iq数据封装；所述光纤收发模块用于将fpga输出的基带iq数字信号进行电光转换，并通过风电场工业光纤环网上传至风电场中心处理控制站，同时接收风电场中心处理控制站下发的控制指令和同步信息；所述波形生成单元，能够根据风电场中心处理控制站下达的指令及波形参数产生中频信号，经上变频转换为射频后通过高频滑环馈送至叶片辐射分区向外辐射。

13、更进一步地，所述风机端光纤收发模块设置于风机机舱或塔筒通信柜内，并通过光纤接入风电场工业光纤环网；风电场工业光纤环网经光纤交换设备汇聚后接入风电场中心处理控制站的数据接收与预处理模块及时频同步模块；时频同步分发链路和控制指令传输链路组成光纤传输链路，进行数据上传、信号与指令下发，用于实现全阵列的信号级协同与集中处理。

14、更进一步地，所述风电场中心处理控制站包括时频同步模块、数据接收与预处理模块、核心信号处理模块、系统校正与控制模块、数据存储与显控模块、显控终端；所述时频同步模块，配置高稳定度铷钟、光纤时频分发设备；所述数据接收与预处理模块，配置多通道光纤数据接收卡；所述核心信号处理模块，包括数字波束形成模块、有源探测处理模块、无源侦察处理模块、主被动数据融合模块；所述系统校正与控制模块分别与时频同步模块、数据接收与预处理模块、核心信号处理模块和光纤传输层连接，用于完成工作模式切换、风机子阵调度、相位校正系数解算与更新、定标信标机和校准源控制、通道状态监测、链路状态监测、故障诊断和闭环控制；所述数据存储与显控模块，配置大容量磁盘阵列；所述显控终端设置于升压站集控室或风电场中心处理控制站机房内。

15、一种基于风电场动态稀布阵的主被动复合侦察系统的控制方法，包括以下步骤：

16、s1、系统初始化：风电场中心处理控制站上电后，对各风机子阵、光纤链路、收发通道、时频同步模块、数据接收与预处理模块、核心信号处理模块和系统校正与控制模块进行状态自检，建立全风电场稀布阵拓扑模型；

17、s2、时频同步：风电场中心处理控制站通过光纤时频同步网络向各风机子阵分发参考时钟、秒脉冲和本振信号，使各风机子阵的采样时钟、采样触发和本振信号统一同步；

18、s3、阵元级校正：各风机基于叶根光电编码器采集的叶片旋转角度、机舱偏航角及rtk-gnss坐标，实时解算叶片阵元位置，计算波程差和多普勒频移，生成阵元级相位补偿系数；

19、s4、子阵级校正：单台风机内部通过宽带校准信号源向各收发通道注入已知校准信号，解算各通道幅度衰减和相位偏移，生成子阵级幅相校正系数；

20、s5、阵列级校正：风电场中心处理控制站根据各风机子阵的全局坐标、定标信标机信号或已知外辐射源直达波信号，解算风机子阵之间的空间波程差、链路相位差和本振漂移误差，生成阵列级全局校正系数；

21、s6、工作模式选择：根据任务需求选择无源侦察模式、有源探测模式或主被动协同模式，并向各风机子阵下发工作频段、波束指向、发射波形、接收带宽、采样参数和校正系数；

22、s61、无源侦察处理：在无源侦察模式下，各风机子阵仅开启接收链路，接收目标自身辐射信号，经低噪声放大、下变频、数字采样和基带iq形成后上传风电场中心处理控制站，由风电场中心处理控制站完成波束形成、测向定位和航迹跟踪；

23、s62、有源探测处理：在有源探测模式下，风电场中心处理控制站下发探测波形参数，各风机子阵协同发射探测信号并接收目标回波，回波信号经本地数字化后上传风电场中心处理控制站，由风电场中心处理控制站完成相干合成、匹配滤波、检测、测距测速和跟踪；

24、s63、主被动融合处理：在主被动协同模式下，系统同时或分时执行主动探测和无源侦察，风电场中心处理控制站对两类探测结果进行时间统一、空间配准、航迹关联和置信度融合；

25、s7、结果输出与闭环优化：风电场中心处理控制站输出目标探测结果、目标航迹和告警信息，并根据相位残差、信噪比、同步状态和链路状态实时更新校正系数、工作模式和参与工作的风机子阵，实现闭环稳定控制。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、1、低成本、隐蔽化、广域化部署：现有侦察系统需独立建设阵地、供电与传输链路，成本高且易暴露；现有风电场雷达仅服务于民用安防。本发明充分复用风电场既有风机平台、供电、光纤环网及升压站机房，减少专用阵地、供电和传输链路建设需求，将侦察系统低成本、隐蔽化地部署于民用风电场，同时覆盖范围可达数十至上百公里；

28、2、探测性能量级跃升：现有方案仅实现单风机独立工作或点迹级数据融合。本发明以每台风机为稀布阵子阵，利用风机间天然大间距构成超大孔径稀布阵，通过风电场中心处理控制站信号级相干合成，等效孔径达数公里至数十公里，探测距离、测角精度、目标分辨能力较现有技术实现量级跃升；

29、3、兼顾隐蔽侦察与全目标覆盖：现有系统模式单一：有源模式易被截获，无源模式无法探测静默目标。本发明通过同一套硬件同时支持无源侦察与有源探测，两种模式可独立或协同工作，既实现静默隐蔽侦察，又能探测全类型目标，环境适应性与战术灵活性大幅提升。