關于動目標近距的雜波譜中心補償

羅才震 張開生 張 軍

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，占領制空權是獲得戰(zhàn)爭勝利的重要因素。在美國對南聯(lián)盟、阿富汗及伊拉克的最近幾次局部戰(zhàn)爭中，機載雷達顯示了強大的威力，從而為更多的人所了解[1]。由于機載雷達是以飛機為載體，其觀測范圍比地面雷達遠得多，可以大大增加雷達的警戒時間。雷達在觀測區(qū)域內(nèi)需要對運動目標比如：坦克、船只、車輛等進行檢測。該功能對進行目標定位和識別也打下了良好的基礎，對國家安全以及國民的生活都是重要的保障[2]。

本實驗雷達的主要功能是動目標檢測，工作在高頻波段，天線安裝在機頭方向正側視90°,波束方位向?qū)挾却蠹s為2°,下視寬度約為1.5°。

對應于所處理的一段動目標近距的數(shù)據(jù)，載機作水平飛行，飛行高度約為3000 m，飛機速度大約60 m/s，航向角約為190°。

我們用這一段數(shù)據(jù)進行動目標檢測，將CFAR門限設為4.5，凝聚的距離波門和多普勒波門設成4，匿影門限設為0.8，波束掃描方式為±15°相掃。

根據(jù)采樣分辨率ΔR=c/2×Fs(c為光速)，可得出采樣的距離分辨率ΔR為4 m，再根據(jù)采樣延遲和飛機相對于地面的相對高度，可以算出飛機下視角的正弦值，下視角的范圍大約在-29.87°到-31.33°。由此看出下視角較大，或者說，一個距離分辨率的距離對下視角的影響都不能忽略不計。

1 多普勒中心頻率估計

由于機載雷達平臺是運動的，會導致多普勒中心有一定偏移，為此應首先估計出多普勒中心的偏移才能進行后續(xù)處理。

多普勒中心的估計方法在國內(nèi)外的文獻記載中主要有相關函數(shù)法、能量均衡法和最優(yōu)估計法[3]。在本雷達的動目標檢測中，一開始我們運用的都是相關法進行多普勒中心頻率的估計。

1.1 相關法估計

雷達的脈沖周期是較短，相鄰回波應具有很強的相關性，所以選用相關法做雷達動目標檢測的多普勒譜中心估計。當不存在多普勒譜中心的偏移時，方位向回波的功率譜為S0(f)，該功率譜是以零頻對稱的，和天線的方向圖一樣，與功率譜對應的相關函數(shù)是實函數(shù)R0(τ)，當多普勒譜中心有偏移時，功率譜Sh(f)為S0(f-fdc)，其相關函數(shù)變?yōu)?/p>

Rh(τ)=ej2πfdcτR0(τ)

(1)

因此通過Rh(τ)的相位能夠估算出fdc。

由于采樣的方位向回波數(shù)據(jù)是離散的，所以Rh(τ)=Rh(kT)，T=1/PRF，k為整數(shù)，取k=1，可以得到多普勒譜中心的精確估計是

(2)

通過這種方法得到的fdc accu的精度遠比能量均衡法和最優(yōu)估計法高，但是上述方法是通過指數(shù)運算的，相位的范圍在[-π,π]，如果fdc accuT>1(有時會遠大于1)，此時算出的fdc accu會存在模糊的問題。必須通過慣導估計的fdc ins對fdc accu進行解模糊操作。

最后得到精確的無模糊的多普勒中心頻率為

(3)

這里PRF為脈沖重復頻率。

1.2 距離彎曲估計法

在機載雷達動目標近距檢測時，飛機下視角公式為

(4)

其中h表示飛機的載機高度，r表示機載雷達到照射點的斜距。在動目標近距檢測的情形下，h相同，由于r斜距近距檢測比遠距檢測小很多，導致在一個波束照射范圍內(nèi)，不同距離點的θRh變化不能忽略不計，簡單地運用相關法是不能滿足動目標近距的多普勒譜中心搬移的。此時提出了距離彎曲估計法，該方法是對波束照射中心的3 dB范圍內(nèi)的每個距離單元進行補償，具體流程如圖1所示。

圖1 距離彎曲校正的流程圖

2 實測數(shù)據(jù)驗證

下面是某次飛行試驗采集的數(shù)據(jù)結果，圖2是15 km動目標數(shù)據(jù)某個CPI利用相關法搬移雜波譜中心前后的距離單元多普勒平面圖，圖3是5 km動目標數(shù)據(jù)某個CPI利用相關法搬移雜波譜中心前后的距離單元多普勒平面圖。

圖2 15 km動目標多普勒中心搬移前后MTD平面圖

圖3 5 km近距雜波譜中心搬移前后的MTD平面圖

從圖2可以看出，相關法能夠在15 km的動目標檢測將雜波譜中心搬移到零頻附近，但是從圖3看出相關法在3 km的動目標檢測時并不能將波束照射范圍內(nèi)所有地雜波都搬移到零頻附近，這將會影響動目標檢測的準確性。

運用距離彎曲校正的方法進行雜波譜中心的搬移，圖4和圖5是一個數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)開始和數(shù)據(jù)末尾的兩個CPI的雜波譜中心搬移前后的結果。

圖4 5 km數(shù)據(jù)CPI靠前距離彎曲校正后的MTD平面圖

圖5 5 km數(shù)據(jù)CPI靠后距離彎曲校正后的MTD平面圖

從圖4和圖5看出，距離彎曲校正能準確地將5 km動目標檢測的多普勒譜中心搬移到零頻附近。

將相關法和距離彎曲對5 km動目標近距數(shù)據(jù)進行最終上報點數(shù)統(tǒng)計得到如圖6所示。

圖6 相關法和距離彎曲法每個cpi檢測目標結果

3 結束語

利用本文所述的距離彎曲校正方法在機載雷達近距動目標檢測時對雜波譜中心進行估計，能夠避免將大量地雜波點當成目標出現(xiàn)在檢測報告中，是一種較好的機載雷達近距動目標檢測的好手段。但是存在的缺點有：一是該方法沒有大量的數(shù)據(jù)去驗證；二是本方法適用于飛機處于平穩(wěn)飛行時，在飛機出現(xiàn)轉(zhuǎn)向等不平穩(wěn)的情形時，就需要用其它方法進行補償。