一種基于半脈組積累的雷達目標方位修正方法

尚偉科，左 斌，孫元峰，張金元

(中國電子科技集團公司第38研究所,合肥 230088)

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一種基于半脈組積累的雷達目標方位修正方法

尚偉科，左 斌，孫元峰，張金元

(中國電子科技集團公司第38研究所,合肥 230088)

提出了一種基于半脈組積累的雷達目標方位修正方法，通過在動目標檢測(MTD)處理之前進行方位校正，可以有效減小回波的方位誤差，為后續(xù)的點跡凝聚和航跡跟蹤提供有效保證。該算法簡單實用，易于工程實現(xiàn)。文章的最后提供了實測雷達數(shù)據(jù)的信號處理結(jié)果，證實了該方法的有效性。

動目標檢測；點跡提取；方位精度；半脈組積累

0 引 言

在雷達技術(shù)指標中，方位精度是一項非常重要的內(nèi)容。點跡的方位精度直接影響到終端點航跡相關(guān)和航跡跟蹤，從而影響到雷達的整機性能。因此，點跡的方位精度問題一直受到雷達界學者和工程師們的廣泛重視，并涌現(xiàn)了大量的研究成果[1-3]。這些工作主要集中在點跡凝聚模塊中的方位凝聚算法，以期提高凝聚點跡的方位精度[4-5]。

為了適應對低慢小目標探測、反二次回波、抗有源干擾等需要，現(xiàn)代雷達的時序不再是簡單的單一模式，長短脈沖組合、脈組脈間自適應捷變頻等成為最新雷達常用的波形模式[6]。在得益復雜時序模式帶來優(yōu)勢的同時，隨之而來的問題如回波的方位抖動等必須引起研究人員的重視。

另一方面，由于在信號處理的前端，碼盤所報的回波方位是實時的波束中心方位(并不是每個回波的真實方位)，由此會引起較大的回波方位誤差。經(jīng)典的動目標檢測(MTD)理中，一般采用全脈組積累以提高積累得益，而生成的積累信號一般選用脈組中某一指定被積累回波的方位，然后送給點跡模塊做后續(xù)處理。這就引起了一個問題：在點跡凝聚的前端，回波方位很可能已經(jīng)產(chǎn)生了較大的誤差。再經(jīng)由點跡方位凝聚的誤差積累，非常不利于后端的點航跡相關(guān)和穩(wěn)定跟蹤。

針對以上問題，本文提出了一種基于半脈組積累的目標方位修正方法，實現(xiàn)了對回波信號的方位校正，從而在點跡凝聚的前端有效減小了誤差，為提高點跡的方位精度、點航跡準確相關(guān)以及穩(wěn)定跟蹤提供了保證。

1 問題描述

圖2 徑向飛行的目標3幀方位示意圖

2 一種基于半脈組積累的目標方位修正方法

由上小節(jié)的分析可以看到，造成回波方位誤差的原因在于誤將波束中心方位當作了目標回波方位，而事實上兩者之間有最大為半個波束寬度甚至更大的誤差。所以希望能提出一種方法，能夠估計出目標回波相對于波束中心的實際偏置角，然后將碼盤方位實時地修正到目標回波的真正方位。

假設(shè)目標在一個相參處理間隔(CPI)周期內(nèi)的雷達橫截面積(RCS)以及其他外部環(huán)境變化忽略不計，則目標回波功率僅僅取決于天線的發(fā)射和接收增益。圖3所示為在1個CPI內(nèi)收到的同一目標的6個待積累脈沖回波。在傳統(tǒng)MTD處理時，采用全脈組積累，通常選取第1個回波的方位(碼盤方位)作為積累之后的目標方位。這里在作MTD之前，先采用半脈組處理，將整個脈組平均分為前后兩部分，然后分別積累?？梢钥闯觯诘?種情況下，前半個脈組的積累信號功率小于后半個脈組；第2種情況下，前半個脈組的積累信號基本等于后半個脈組；第3種情況下，前半個脈組的積累信號大于后半個脈組。于是通過比較前半個脈組與后半個脈組的信號強度，就可以確定回波落在波束中心的大致位置。所以，由于波束掃描造成信號的收發(fā)增益不同，結(jié)合天線水平方向圖“方位-增益”測試數(shù)據(jù)，計算出波束每個方位位置上對應的半脈組增益差參考值，完成“方位-半脈組增益差”對照表，通過插值，便可以確定回波相對于波束中心的準確方位角。

圖3 1個脈組的脈沖回波相對于波束的位置

3 算法流程

假設(shè)在一個CPI周期中某脈組共有2n(或者2n+1)個脈沖，目標所在距離為R(km)，天線周期為N(s/rad)，脈沖重復周期為T(ms)，前、后半脈組(各n個脈沖)的功率積累值分別為G1，G2(dB)。假定天線中心與波束中心重合，該脈組時序觸發(fā)時，第1個脈沖發(fā)射對應的碼盤方位為α(°)，則算法步驟如下：

STEP2：將天線“方位-增益”表錯位φ，然后兩表相加，得到該距離目標對應的“方位-發(fā)射接收增益和”對照表。

STEP6：根據(jù)G1-G2的值，對照STEP5得出的“方位-半脈組增益差”對照表進行插值，得到全脈組的第1個脈沖相對于波束中心的方位ΔΨ，則α+ΔΨ就是目標的真實方位。

4 實驗驗證

該算法已被應用于最新研制的某新型雷達信號處理系統(tǒng)模塊。為了減小信號處理的計算負擔，同時考慮到方位誤差在遠區(qū)表現(xiàn)較為嚴重，將上述算法的STEP1簡化為在大于1/2威力的適當距離處統(tǒng)一計算收發(fā)時延造成的收發(fā)增益錯位，這樣就避免了對每個目標每一幀的實時計算，大大減小了信號處理的計算量。在方位范圍取值上，一般取2～3倍波束寬度范圍，精度0.01°步進即可。

針對該型雷達參數(shù)，統(tǒng)一在大約2/3威力距離處計算了收發(fā)時延造成的收發(fā)增益錯位，并通過仿真計算證實了由此造成的估計誤差不大于0.05°，在可接受的范圍內(nèi)。按照上節(jié)算法流程得到的“方位-半脈組增益差”如圖4所示。

圖4 由某新型雷達參數(shù)計算出的方位-半脈組增益差(0.01°步進)

通過上述算法流程的插值校正，在該雷達的信號處理平臺上運行實測數(shù)據(jù)，得到10幀的方位修正效果。圖5表示不啟用半脈組方位修正時10幀回波信號處理效果；圖6表示同一批數(shù)據(jù)在啟用半脈組方位修正時10幀回波信號處理效果。

圖5 不啟用半脈組方位修正時10幀回波信號處理效果

為了便于對比，放大了PPI顯右上角4批徑向

圖6 啟用半脈組方位修正時10幀回波信號處理效果

飛行的目標回波處理情況，可見基于半脈組積累的方位修正方法大大減小了回波的方位誤差，可以顯著提高后續(xù)點跡處理的精度和航跡跟蹤的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

本文提供了一種基于半脈組積累的回波方位修正算法，通過在MTD之前按照該方法進行方位修正，可以顯著減小目標回波的方位誤差，有效提高后續(xù)的點跡方位精度，有利于點航跡相關(guān)和目標跟蹤。該方法簡單可靠，計算復雜性小，已在某新型雷達信號處理系統(tǒng)中得到了實際應用。如何設(shè)計智能自適應算法，減小隨機誤差，進一步提高修正精度，是我們下一步研究的方向。

[1] 段志宏.電掃描恒差測向體制中方位的計算方法[J].艦船電子對抗，1994(6):17-23.

[2] 張鴻喜,于明成.頻率捷變對目標陣列精位控制的影響[J].艦船電子對抗，2007,30(4):33-35.

[3] 曲洪旭.地面警戒雷達準確的方位標定方法[J].艦船電子對抗，2008,31(5):95-77.

[4] 李川.利用凝聚點跡來分析雷達的探測精度[J].雷達科學與技術(shù),2003,1(2):80-83.

[5] 楊春海.如何提高米波雷達的方位精度[J].雷達科學與技術(shù),2007,5(3):171-174.

[6] Skolnik M I.雷達手冊[M].中國電子科技集團公司第14研究所譯.北京:電子工業(yè)出版社,2003.

A Revision Approach for Radar Target Azimuth Based on Semi-burst Accumulation

SHANG Wei-ke,ZUO Bin,SUN Yuan-feng,ZHANG Jin-yuan

(No.38 Research Institute of CETC,Hefei 230088,China)

This paper presents a revision approach for radar target azimuth based on semi-burst accumulation.Through the azimuth revision before motive target detection (MTD),the echo azimuth error can be remarkably reduced,which effectively guarantees the successive plot extraction and flight tracking.The algorithm is simple and applicable,and easy to be realized.In the end,the signal processing results of actual radar data are provided to demonstrate the validity of the approach.

motive target detection;plot extraction;azimuth precision;semi-burst accumulation

2014-12-22

國家科技支撐計劃重點項目,項目編號:2011BAH24B06

TN957.51

A

CN32-1413(2015)02-0030-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.02.009