基于波束信息的相控陣?yán)走_探測距離測試方法

辛懷聲（中國電子科技集團公司電子科學(xué)研究院，北京，100041）

基于波束信息的相控陣?yán)走_探測距離測試方法

辛懷聲
（中國電子科技集團公司電子科學(xué)研究院，北京，100041）

為解決通過實際檢飛測試?yán)走_探測距離的實驗中遇到的求解目標(biāo)被雷達掃描次數(shù)的問題，本文給出一種基于相控陣?yán)走_的波束信息計算空中目標(biāo)被雷達掃描次數(shù)的方法，該算法在評估雷達對空探測中可以完全正確的給出目標(biāo)被波束掃描的次數(shù)，進而可以計算出更加準(zhǔn)確可靠的雷達探測距離。

探測概率；波束信息；探測距離；對空探測

雷達探測距離是雷達探測能力評估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在雷達探測能力評估過程中，雷達探測距離的確定主要分兩個層次：一是根據(jù)雷達方程進行理論推算；二是根據(jù)雷達檢飛威力圖通過數(shù)字化過程獲取各高度層的探測威力［1］，這種方法的準(zhǔn)確性較高，是各型地面（艦載）和機載雷達測試評估探測距離的主要方法。文獻［2］進一步給出了雜波環(huán)境下雷達探測距離的折算方法。本文提出一種針對雷達探測距離指標(biāo)的檢飛數(shù)據(jù)處理方法，并與傳統(tǒng)的雷達探測距離測試數(shù)據(jù)處理方法進行了比較。

1相控陣?yán)走_的波束特點

機械掃描雷達對目標(biāo)航跡的跟蹤一般是采用邊掃描邊跟蹤（TWS）的方法，由機械伺服系統(tǒng)控制雷達天線周期性的旋轉(zhuǎn)，雷達的波束在空中做周期性的掃描，波束的掃描周期基本不變。而相控陣?yán)走_的波束是由雷達系統(tǒng)的軟件控制的，相控陣?yán)走_可在微秒級的時間內(nèi)改變波束指向，這有助于提高雷達搜索和跟蹤目標(biāo)的性能，但也造成了掃描周期不是恒定值的特點。

2 基于雷達波束信息的雷達探測距離數(shù)據(jù)處理方法

本文僅以兩坐標(biāo)雷達為例進行計算，波束信息只包括方位角、波束寬度和時間信息，不包括俯仰信息。

首先設(shè)置一個信號變量flag1=0。

第一步，記當(dāng)前時刻的雷達平臺運動方向為rdr_ heading，記當(dāng)前時刻以雷達平臺為基準(zhǔn)的雷達波束的位置為beamPos，求得以正北為基準(zhǔn)的當(dāng)前雷達波束位置為beamPosFromNorth=beamPos+ rdr_ heading。

第二步，利用當(dāng)前時刻的雷達平臺的經(jīng)緯高數(shù)據(jù)與目標(biāo)GPS終端記錄的經(jīng)緯高數(shù)值計算目標(biāo)與雷達平臺的方位TgtAz和距離TgtDis。

第三步，計算當(dāng)前時刻所有波束位置的beamFromNorth與目標(biāo)實際方位TgtAzd 的差值，取之中的最小值記為minTgtAzErr。如果minTgtAzErr

辛懷聲（1982-），工程師，碩士學(xué)位，研究方向：系統(tǒng)測試評估理論與工具軟件開發(fā)。小于當(dāng)前波束寬度的一半，并且flag1的值為0，則表示目標(biāo)在一個掃描周期內(nèi)初次被雷達波束覆蓋，此時標(biāo)記flga1=1，否則跳到第一步計算下一時刻的數(shù)據(jù)。

第四步，如果flag1為1，并且minTgtAzErr大于當(dāng)前波束寬度的一半，表示波束掃過目標(biāo)，完成一次探測。利用配試目標(biāo)的GPS數(shù)據(jù)和雷達平臺的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)來計算當(dāng)前時刻的目標(biāo)真實距離d，根據(jù)d的取值將GJB74.8-85中規(guī)定的相應(yīng)距離區(qū)間內(nèi)的探測次數(shù)加1，將flag1置為0。

第五步，如果當(dāng)前時刻附近存在能與目標(biāo)GPS數(shù)據(jù)匹配的雷達航跡（即雷達航跡數(shù)據(jù)中存在這樣的航跡點，航跡點到生成時刻與波束掃過目標(biāo)的時刻之間的差值小于設(shè)定的閾值），則把此距離間隔的探測次數(shù)加1。這里利用實際的目標(biāo)GPS數(shù)據(jù)計算距離而不采用雷達航跡中的距離數(shù)據(jù)，因為雷達航跡數(shù)據(jù)中的目標(biāo)位置數(shù)據(jù)往往誤差要大于目標(biāo)GPS數(shù)據(jù)，在相鄰距離間隔的分界附近，有可能會出現(xiàn)由于探測距離誤差，把探測到的次數(shù)錯誤的計入相鄰距離采樣間隔的情況。從而造成某些距離采樣間隔的探測概率過大（可能大于1），而相鄰的距離采樣間隔探測概率過小。

完成第五步后返回第一步，直到把所有的波束信息數(shù)據(jù)都計算完畢。

表1 采用新算法與傳統(tǒng)外推算法得到目標(biāo)被掃描次數(shù)對比

3 仿真測試對比

利用模擬的雷達波束信息和VR-Force生成的高低空目標(biāo)機GPS數(shù)據(jù)進行仿真計算。設(shè)定高空目標(biāo)平均速度2000km/h，低空目標(biāo)平均速度1100km/h，雷達掃描周期平均10s。通過本算法與傳統(tǒng)外推算法得到的目標(biāo)被雷達掃描的情況如下表1所示。

通過對比可以看出由于目標(biāo)運動速度的隨機波動、邊界效應(yīng)和雷達掃描周期的波動，新算法得出的每個距離段內(nèi)的波束掃描次數(shù)是會產(chǎn)生一定變化的，和實際情況是相符合的。而傳統(tǒng)算法由于假設(shè)雷達掃描周期和目標(biāo)速度為恒定值，推算出的掃描次數(shù)沒有變化，明顯與實際情況有所出入。如果僅針對本次實驗數(shù)據(jù)計算探測概率，兩者的在某些距離段上的差別也會比較明顯。

4 結(jié)語

在對高空目標(biāo)進行增程模式探測時由于目標(biāo)飛行速度快，雷達波束掃描慢，造成單航次試驗過程中的距離采樣區(qū)間內(nèi)的有效檢測樣本量比較少，在樣本量少的情況下采用傳統(tǒng)外推算法會造成較大的誤差，以至于完全無法準(zhǔn)確的計算雷達的探測距離。這時本算法的優(yōu)勢就很明顯的體現(xiàn)出來了。

（References）

［1］石曉雨，熊家軍，吳進. 一種雷達威力圖數(shù)字化方法［J］. 空軍雷達學(xué)院學(xué)報，2008，22（2）∶ 107-109.

［2］劉華，刁東生. 雜波下機載雷達探測距離評估技術(shù)研究［J］. 中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2009（3）∶317-319.