一維集篩選法解高速運動目標(biāo)距離模糊

馬 超， 王 丹， 李毓琦

（上海無線電設(shè)備研究所，上海200090）

0 引言

采用高、中PRF脈沖多普勒體制的主動雷達導(dǎo)引頭，當(dāng)目標(biāo)回波延遲時間大于脈沖重復(fù)周期時，導(dǎo)引頭測量彈目距離時產(chǎn)生距離模糊。由于主動雷達導(dǎo)引頭采用收發(fā)共用天線，目標(biāo)回波由一個重復(fù)周期移動到相鄰一個重復(fù)周期時，目標(biāo)回波信號落在脈沖發(fā)射期間，此時接收機和天線饋線系統(tǒng)間是“斷開”的，導(dǎo)引頭不能接收目標(biāo)回波，而產(chǎn)生距離遮擋效應(yīng)。因此脈沖多普勒雷達一般采用多重脈沖重復(fù)頻率工作方式［1］，通過改變發(fā)射波形重頻，增大導(dǎo)引頭最大可測單值彈目距離；且發(fā)射脈沖重復(fù)頻率不同，其遮擋距離亦不同，因此通過改變發(fā)射脈沖重復(fù)頻率，避免發(fā)生距離遮擋效應(yīng)。

常用的變重頻解模糊方法有余差查表法和一維集篩選法［2～4］。由于余差查表法對噪聲和距離量化誤差較敏感，余差查表法不能滿足高速運動目標(biāo)情況下測量彈目距離的要求。本文通過仿真、分析一維集篩選法測量高速運動目標(biāo)距離的特性，驗證了一維集篩選法可用于解高速運動目標(biāo)距離模糊，且此方法對噪聲和距離量化誤差不敏感，能夠滿足高速運動目標(biāo)測距的要求。

1 余差查表法

1.1 余差查表法原理

余差查表法是利用目標(biāo)在不同重復(fù)頻率上的余數(shù)（視在距離）之差進行解模糊。此方法是選擇目標(biāo)在某一重頻上的余數(shù)作為基準(zhǔn)，將其它各重頻上的余數(shù)與基準(zhǔn)相減，所得之差作為查找表中的查找項，與余差表進行匹配，在滿足一定測量誤差的情況下，可以快速地得到目標(biāo)真實距離。

1.2 余差查表法局限性分析

余差查表法解模糊的關(guān)鍵在于生成目標(biāo)所在基準(zhǔn)重頻視在距離門與其他重頻視在距離門差值。脈沖多普勒雷達導(dǎo)引頭發(fā)射兩種重頻脈沖信號中間具有時間間隔，在此過程中目標(biāo)已移動距離為

式中：v為彈目相對速度；t1為導(dǎo)引頭相干積累時間；t2為目標(biāo)檢測時間。

生成的查找表項在余差表中能夠找到匹配項是解距離模糊成功的條件，即兩種發(fā)射重頻脈沖所測的目標(biāo)距離在同一個距離門內(nèi)，需要滿足：

式中：ΔR 為兩種重頻脈沖間隔內(nèi)目標(biāo)移動距離；Rg為導(dǎo)引頭系統(tǒng)距離波門長度。

脈沖多普勒主動雷達導(dǎo)引頭設(shè)計中，t1、t2、Rg一般固定不變，因此當(dāng)彈目相對速度增大到一定程度，式（2）不再滿足，則余差查表法不能正確解出距離模糊。

2 一維集篩選法

2.1 一維集篩選法原理

一維集篩選法，首先選定一個重頻為基準(zhǔn)重頻，由該重頻的視在距離和所有可能模糊度，列出所有可能的距離值集合。在不考慮測距誤差的情況下，目標(biāo)真實距離一定在這組集合中。然后再以其他不同重頻觀測得到的視在距離作為檢驗項，篩選出目標(biāo)真實距離。

2.2 一維集篩選法步驟

假定通過n 重頻解距離模糊，各重頻周期對應(yīng)的最大不模糊距離為Ru1，Ru2，…，Run，目標(biāo)在各個重頻上的視在距離依次為R1，R2，…，Rn，并假定雷達最大探測距離為Rmax。

步驟1：選定一個重頻為基準(zhǔn)重頻，假設(shè)第一個重頻為基準(zhǔn)重頻，則計算列出基準(zhǔn)重頻下所有可能的目標(biāo)距離為

式 中：xi＝R1+iRu1；i ＝0，1，…，m；m ＝int（Rmax／Ru1）為 最 大 模 糊 度；int［…］為 取 整運算。

步驟2：計算由基準(zhǔn)重頻產(chǎn)生的各個距離對其他重頻最大不模糊距離的余數(shù)，得到各重頻下一組余數(shù)為

其中：

步驟3：比較上一步得出di與其他重頻檢測得到的視在距離。其中其他重頻檢測得到的視在距離為R ＝［R2，R3，…，Rn］T。由ei＝di-R，得到誤差矩陣為

步驟4：在‖e0‖，‖e1‖，…，‖em‖ 中尋找最小值，若‖ek‖ 值最小，則k 為目標(biāo)真實模糊度，由此得到目標(biāo)真實距離R＝R1+kRu1。

3 計算機仿真驗證

以某脈沖多普勒雷達導(dǎo)引頭為例，假定導(dǎo)引頭工作方式為順序循環(huán)發(fā)射八種重復(fù)頻率脈沖，八種重復(fù)頻率脈沖對應(yīng)的距離波門個數(shù)依次為56、51、47、43、41、39、33、29，導(dǎo)引頭最大作用距離為400個距離波門。主動導(dǎo)引頭發(fā)射脈沖寬度8個距離波門，假定目標(biāo)反射脈沖落入發(fā)射脈沖期間，導(dǎo)引頭信號處理機檢測不到目標(biāo)視在距離，即沒有可用目標(biāo)距離門信息，則該重頻不參與解距離模糊。

設(shè)定仿真條件為，目標(biāo)檢測時間T ＝t1+t2，系統(tǒng)一個距離波門寬度為Rg，彈目相對速度v＝Rg／T，目標(biāo)運動初始距離設(shè)為400個距離波門，運動結(jié)束距離為8個距離波門。并設(shè)定余差查表法選取二種不同重復(fù)頻率脈沖解模糊，一維集篩選法用選取三種不同重復(fù)頻率脈沖解模糊。

（1）彈目相對速度取0.8v

當(dāng)彈目速度取0.8v，彈目相對運動過程中導(dǎo)引頭可檢測目標(biāo)次數(shù)為N＝491幀。分別仿真余差查表法、一維集篩選法解模糊結(jié)果，如表1所示。

表1 彈目速度0.8v時仿真結(jié)果統(tǒng)計

表1中所述數(shù)據(jù)匹配準(zhǔn)則采用8取2準(zhǔn)則，即近8幀中有2幀以上解出彈目距離相同，則輸出該目標(biāo)距離。從表1 中得出一維集篩選解模糊效率是余差查表法的20.2倍。圖1為余差查表法測得距離與目標(biāo)真實距離對比。

圖2為一維集篩選法測得距離與目標(biāo)真實距離對比。

（2）彈目相對速度取1.1v

當(dāng)彈目速度取1.1v，彈目相對運動過程中導(dǎo)引頭檢測目標(biāo)次數(shù)為N＝357次。分別仿真余差查表法、一維集篩選法解模糊結(jié)果，如表2所示。 從表2看出余差查表法已喪失解距離模糊能力，一維集篩選法測距結(jié)果與目標(biāo)真實距離對比如圖3所示。357次。仿真一維集篩選法解模糊結(jié)果，如表3所示。

圖1 彈目速度0.8v時余差查表法仿真結(jié)果

圖2 彈目速度0.8v時一維集篩選法仿真結(jié)果

圖3 彈目速度1.1v時一維集篩選法仿真結(jié)果

表2 彈目速度1.1v時仿真結(jié)果統(tǒng)計

當(dāng)添加隨機測距誤差時，一維集篩選法測距結(jié)果與目標(biāo)真實距離對比如圖4所示。

表3 彈目速度1.1v添加測距誤差時仿真結(jié)果

圖4 彈目速度1.1v且添加測距誤差時一維集篩選法仿真結(jié)果

4 結(jié)束語

通過計算機仿真對比余差查表法和一維集篩選法解距離模糊，驗證了在一維集篩選法比余差查表法解模糊法效率高，容錯性好。彈道導(dǎo)彈飛行末端的速度較高，在針對高速運動目標(biāo)時，采用高、中PRF 的脈沖多普勒體制的主動雷達導(dǎo)引頭可以采用一維集篩選法測量彈目距離，通過變換發(fā)射波形重復(fù)頻率完成無時域遮擋的距離跟蹤。

［1］ 吳韓平，等，譯.George W.Stimson 機載雷達導(dǎo)論（第二版）［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

［2］ 周閏.余差查表法解單目標(biāo)距離模糊的分析和仿真［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2002，5（24）：30-31.

［3］ Trunk，Brockett.Range and Velocity Ambiguity Resolution［C］∥The Record of 1993IEEE International Radar Conference，1993：146-149.

［4］ 李萌輝，李明.基于一維集搜索方法的PD 雷達解距離模糊高效算法［J］.電子信息對抗技術(shù)，2010，5（25）：22-25.