自適應(yīng)變跟蹤波門寬度目標(biāo)跟蹤方法

王曉楠，徐 偉，陳章龍

（船舶重工集團公司723所，揚州225001））

0 引 言

在跟蹤雷達(dá)接收到目標(biāo)指示、完成目標(biāo)捕獲后判斷目標(biāo)回波信號的強度超過門限時，雷達(dá)轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，在后續(xù)跟蹤過程中跟蹤波門對目標(biāo)進行連續(xù)跟蹤。目前多采用固定寬度的跟蹤波門對目標(biāo)進行跟蹤，當(dāng)目標(biāo)徑向尺寸較大、回波強度較大導(dǎo)致接收機飽和時，目標(biāo)回波寬度將大于跟蹤波門寬度，此時跟蹤波門內(nèi)回波無法真實反映目標(biāo)信息，導(dǎo)致目標(biāo)跟蹤不穩(wěn)定；當(dāng)目標(biāo)徑向尺寸較小、目標(biāo)回波較弱時，目標(biāo)回波寬度將小于跟蹤波門寬度，此時信號處理機在處理跟蹤波門內(nèi)信號時會受到雜波、副瓣的影響，計算目標(biāo)位置不準(zhǔn)確，甚至?xí)G失目標(biāo)。當(dāng)目標(biāo)速度很快時，在一個信號處理機處理周期內(nèi)，目標(biāo)可能已經(jīng)超出跟蹤波門，導(dǎo)致目標(biāo)丟失。

目標(biāo)跟蹤方法將直接影響到雷達(dá)能否對各種目標(biāo)進行穩(wěn)定跟蹤，從而影響雷達(dá)性能，因此目標(biāo)跟蹤方法非常重要［1］。

1 方法簡介

跟蹤雷達(dá)檢測到目標(biāo)回波超過門限后，計算得出目標(biāo)回波等效寬度，即超過門限目標(biāo)回波寬度；然后根據(jù)目標(biāo)速度，得出信號處理機處理周期內(nèi)目標(biāo)的移動量，從而計算出跟蹤波門寬度。

根據(jù)目標(biāo)回波等效寬度和目標(biāo)速度自適應(yīng)改變跟蹤波門寬度，能夠保證目標(biāo)回波落在跟蹤波門內(nèi)的同時減小雜波、大目標(biāo)副瓣對目標(biāo)跟蹤的影響，提高目標(biāo)跟蹤性能。

2 目標(biāo)跟蹤具體方案

2.1 跟蹤雷達(dá)介紹

跟蹤雷達(dá)基本組成框圖如圖1所示。發(fā)射機通過收發(fā)開關(guān)和雷達(dá)天線將電磁波向空間輻射，電磁波在遇到目標(biāo)后產(chǎn)生后向散射，形成目標(biāo)回波，通過雷達(dá)天線和收發(fā)開關(guān)傳送至接收機，接收機將微弱高頻回波信號下變頻、濾波放大后傳送到信號處理機，由信號處理機對目標(biāo)進行距離、角度跟蹤并將目標(biāo)距離、角誤差信息送出，伺服控制系統(tǒng)根據(jù)誤差信息驅(qū)動天線對準(zhǔn)目標(biāo)，進行目標(biāo)跟蹤，顯控臺對整個過程進行監(jiān)控［1－2］。

圖1 跟蹤雷達(dá)基本組成框圖

2.2 目標(biāo)跟蹤具體方法

跟蹤雷達(dá)接收到情報部門目標(biāo)指示，完成目標(biāo)捕獲，由信號處理機判斷目標(biāo)回波強度超過門限后，根據(jù)目標(biāo)回波過門限寬度、目標(biāo)速度計算跟蹤波門寬度并置跟蹤波門到目標(biāo)位置，考慮到目標(biāo)閃爍、機動，在跟蹤過程中信號處理機根據(jù)目標(biāo)回波過門限寬度、目標(biāo)速度實時改變跟蹤波門寬度。

如圖2所示，自適應(yīng)變跟蹤波門寬度目標(biāo)跟蹤方法的步驟為：

第1步，跟蹤雷達(dá)接收到情報部門目標(biāo)指示，完成目標(biāo)捕獲。

第2步，跟蹤雷達(dá)信號處理機判斷目標(biāo)回波強度是否超過門限。如果是，則執(zhí)行步驟3，否則返回第1步繼續(xù)進行目標(biāo)捕獲。

第3步，當(dāng)檢測到目標(biāo)回波超過門限后，根據(jù)目標(biāo)過門限寬度、目標(biāo)速度計算跟蹤波門寬度并置跟蹤波門到目標(biāo)位置。計算原則為：目標(biāo)回波落在跟蹤波門內(nèi)，減少雜波、副瓣對目標(biāo)跟蹤的影響。

假設(shè)目標(biāo)回波等效寬度為r、目標(biāo)速度為v、信號處理機置跟蹤波門周期為t，則采用如下公式計算跟蹤波門寬度τ：

式中：r為目標(biāo)回波等效寬度；vt為目標(biāo)移動距離。

用式（1）計算跟蹤波門寬度，可保證目標(biāo)在運動過程中的有效回波始終落在跟蹤波門內(nèi)，既保證了對目標(biāo)跟蹤的要求，又避免了跟蹤波門過寬導(dǎo)致雜波、副瓣對目標(biāo)跟蹤的影響，提高了目標(biāo)跟蹤性能。

第4步，跟蹤雷達(dá)轉(zhuǎn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)，跟蹤過程中跟蹤波門寬度按照步驟3進行計算、改變。

2.3 目標(biāo)跟蹤效果對比

圖2 自適應(yīng)變跟蹤波門寬度目標(biāo)跟蹤方法流程圖

模擬一典型飛機目標(biāo)，對跟蹤雷達(dá)效果進行仿真，采用固定跟蹤波門與自適應(yīng)變跟蹤波門跟蹤結(jié)果如圖3、圖4所示。由仿真效果圖可以看出，采用自適應(yīng)變跟蹤波門寬度對目標(biāo)進行跟蹤時跟蹤誤差小，跟蹤效果明顯好于采用固定跟蹤波門對目標(biāo)的跟蹤。

圖3 固定跟蹤波門跟蹤效果

圖4 自適應(yīng)變跟蹤波門跟蹤效果

3 結(jié)束語

本文介紹了自適應(yīng)變跟蹤波門寬度目標(biāo)跟蹤方法，與現(xiàn)有的目標(biāo)跟蹤方法相比，自適應(yīng)變跟蹤波門寬度更加合理，減小了雜波、大目標(biāo)副瓣對目標(biāo)跟蹤的影響，提高了雷達(dá)目標(biāo)跟蹤的準(zhǔn)確性和雷達(dá)性能，特別適用于跟蹤雷達(dá)在目標(biāo)較多、雜波較強背景下對高速運動目標(biāo)的跟蹤。

該方法有效提高了雷達(dá)目標(biāo)跟蹤準(zhǔn)確性和效率，可廣泛用于雷達(dá)設(shè)備目標(biāo)跟蹤過程，也可推廣用于其它跟蹤傳感器的目標(biāo)跟蹤。

［1］王德純，丁家會，程望東，等.精密跟蹤測量雷達(dá)技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

［2］丁鷺飛，耿富錄.雷達(dá)原理［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.