一種基于服務(wù)器平臺(tái)的雷達(dá)解模糊工程設(shè)計(jì)方法

陸逸

【摘 要】針對(duì)PD雷達(dá)解模糊，給出了一種基于國(guó)產(chǎn)化服務(wù)器平臺(tái)的解模糊設(shè)計(jì)方法。在傳統(tǒng)解模糊算法的基礎(chǔ)上作了一些改進(jìn)，提高了算法效率。給出了解模糊模塊的軟件實(shí)現(xiàn)流程圖，實(shí)際工程應(yīng)用驗(yàn)證了算法的可行性。

【關(guān)鍵詞】脈沖多普勒雷達(dá)；解模糊；國(guó)產(chǎn)服務(wù)器平臺(tái)

0 引言

雷達(dá)裝備作為承擔(dān)重要任務(wù)的國(guó)防武器裝備，其核心及重要部件國(guó)產(chǎn)化是大勢(shì)所趨。服務(wù)器平臺(tái)擁有存儲(chǔ)內(nèi)存大，計(jì)算內(nèi)核多等優(yōu)點(diǎn)，在這種平臺(tái)下利用成熟的軟件設(shè)計(jì)理念進(jìn)行雷達(dá)軟件化設(shè)計(jì)也變得方便可行。軟件化雷達(dá)可以通過(guò)軟件快速開(kāi)發(fā)雷達(dá)系統(tǒng)，并靈活地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源配置、功能擴(kuò)展和性能提升，以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。本文重點(diǎn)介紹在多核多線程并行處理軟件化雷達(dá)架構(gòu)下解模糊模塊的工程設(shè)計(jì)。

脈沖多普勒（PD）技術(shù)具有良好的雜波抑制性能，在雷達(dá)上尤其在機(jī)載雷達(dá)上得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。解模糊技術(shù)是PD 雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)，采用合理而快速的算法對(duì)保證目標(biāo)的檢測(cè)概率和降低虛警率都有重要意義。對(duì)于中重頻PD雷達(dá)，既有距離模糊又有速度模糊問(wèn)題。下面本文重點(diǎn)闡述解距離模糊和解速度模糊的算法設(shè)計(jì)。

1 解距離模糊

1.1 基本原理

解距離模糊指雷達(dá)用多個(gè)重頻探測(cè)目標(biāo)，得到多個(gè)探測(cè)距離，在這些模糊距離中通過(guò)算法獲取一個(gè)真實(shí)距離。假設(shè)有N種重復(fù)周期進(jìn)行距離測(cè)量，它們的距離單元數(shù)分別為R1，…，Rn，目標(biāo)對(duì)應(yīng)的各個(gè)視在距離單元分別為r1，…，rn，。若測(cè)量沒(méi)有誤差， 則目標(biāo)所在的真實(shí)距離單元為：

R=K1×R1+r1=…=Kn×Rn+rn（1）

其中： K1，…，Kn是目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各重復(fù)周期的模糊度，也稱(chēng)為折疊次數(shù)。解距離模糊的過(guò)程就是通過(guò)公式（1）獲取真實(shí)的距離R。在DSP平臺(tái)下一般工程上用滑窗相關(guān)法求解。算法的基本原理：采用M/N準(zhǔn)則進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)N種不同PRF進(jìn)行解模糊，就是將測(cè)得的N個(gè)模糊距離分別以相應(yīng)的最大不模糊距離周期延拓，在某一距離單元上，這 N個(gè)距離非常接近， 即集聚程度最高。在此基礎(chǔ)上引入滑窗的概念，用軟件實(shí)現(xiàn)相關(guān)器，選擇一個(gè)適當(dāng)寬度的窗口，按一定量化刻度移動(dòng)窗口， 在某一位置， 同時(shí)落入窗口內(nèi)的可能距離數(shù)大于等于M，此時(shí)滑窗的位置即目標(biāo)的真實(shí)位置。 以3/5 準(zhǔn)則為例， 基本原理如圖1 所示。

算法實(shí)現(xiàn)是首先建立一個(gè)長(zhǎng)度為最大距離Rmax對(duì)應(yīng)距離單元的數(shù)組A，并將數(shù)組清零，該數(shù)組用于記錄周期延拓后有幾個(gè)重頻落在該距離單元。對(duì)所有目標(biāo)的距離單元進(jìn)行周期延拓，落到相應(yīng)位置就將數(shù)組內(nèi)計(jì)數(shù)加1，如果在N個(gè)重頻中相應(yīng)位置計(jì)數(shù)大于等于M則取出該距離單元作為解算結(jié)果。同時(shí)將多重頻數(shù)據(jù)與下一個(gè)波位的數(shù)據(jù)進(jìn)行滑窗處理。

該算法需對(duì)相關(guān)數(shù)組進(jìn)行清零和滑窗位操作，且需要對(duì)每個(gè)目標(biāo)進(jìn)行周期擴(kuò)延，當(dāng)目標(biāo)數(shù)量多，雷達(dá)量程大的情況下計(jì)算量較大。為減少計(jì)算量，本文提出一種求余檢測(cè)法。

1.2 求余檢測(cè)法

求余檢測(cè)法采用與滑窗相關(guān)法相反的思維方式：將真實(shí)距離單元映射到每個(gè)重頻上，然后判斷該距離單元是否為過(guò)門(mén)限目標(biāo)，如滿足M / N的檢測(cè)準(zhǔn)則就輸出當(dāng)前真實(shí)距離單元。得益于服務(wù)器較大的存儲(chǔ)內(nèi)存，我們可以將信號(hào)處理CFAR的結(jié)果完整的傳輸?shù)胶蠖耍谧鼋饽：\(yùn)算時(shí)只需要移動(dòng)指針就可獲取某距離單元的信息，包括過(guò)門(mén)限標(biāo)志。求余檢測(cè)法的步驟：

（a）將第i個(gè)距離單元對(duì)折疊距離進(jìn)行求余計(jì)算：

r1=mod（Ri，R1）

…（2）

rn=mod（Rn，Rn）

其中，Ri是當(dāng)前遍歷的距離單元，R1是第一個(gè)重頻對(duì)應(yīng)的折疊距離。獲取距離單元號(hào)r1。Rn是第N個(gè)重頻對(duì)應(yīng)的折疊距離。獲取距離單元號(hào)rn。

（b）將當(dāng)前重頻數(shù)據(jù)的初始指針加上r1，判斷對(duì)應(yīng)的幅度是否過(guò)門(mén)限，如是過(guò)門(mén)限數(shù)據(jù)則將計(jì)數(shù)加1，重復(fù)（a）步驟遍歷N個(gè)重頻。

（c）判斷當(dāng)前計(jì)數(shù)器是否大于等于M，如果大于等于M，則輸出當(dāng)前距離單元。繼續(xù)回到步驟（a）遍歷完所有距離單元。

2 解速度模糊

解速度模糊的原理與距離模糊類(lèi)似，假設(shè)有N個(gè)重頻測(cè)量速度，它們的頻道數(shù)為F1，…，F(xiàn)n，頻道寬度分別為P1，…，Pn，目標(biāo)對(duì)應(yīng)的各視在頻道號(hào)為f1，…，fn。目標(biāo)的真實(shí)多普勒頻移為：

F=K1×F1×P1+f1×P1

=…

=Kn×Fn×Pn+fn×Pn（3）

其中，K1，…，Kn，為目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各重頻的模糊度。多普勒頻率與速度可以通過(guò)公式相互轉(zhuǎn)換。在解速度模糊之前PD雷達(dá)先進(jìn)行MTD 檢測(cè)，之后進(jìn)行CFAR 處理，處理后得到目標(biāo)點(diǎn)的信息，其中包括視在距離單元號(hào)和頻道號(hào)，過(guò)門(mén)限標(biāo)志等信息。在解模糊之前先進(jìn)行頻道選大，中重頻率的PD雷達(dá)存在距離和速度雙重模糊，解距離模糊完成后記錄下速度信息， 程序便轉(zhuǎn)入解速度模糊。本文采取循環(huán)擴(kuò)展最小方差選取法求解真實(shí)速度，其流程圖如圖2所示。

首先距離解模糊后獲取了參與速度解模糊的重頻速度信息，找出最大速度和最小速度求其差的絕對(duì)值，如果它們的差小于誤差范圍則認(rèn)為這組速度無(wú)模糊或者己解出速度，其中的值根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置，本工程設(shè)置為5m/s；如果兩者的差大于，就將最小速度加上其折疊速度，然后繼續(xù)上述過(guò)程直到所有速度都在誤差范圍內(nèi)則求出這組速度的平均速度和方差。這個(gè)過(guò)程為正向擴(kuò)展，循環(huán)擴(kuò)展速度直到速度到達(dá)雷達(dá)測(cè)量的最大正向速度，本輪解模糊結(jié)束。然后再進(jìn)行反向擴(kuò)展，即將最大速度減去折疊速度，直到雷達(dá)的最大負(fù)向速度為止。將兩輪解速度模糊中方差最小的那組速度的平均速度作為最終解速度的結(jié)果。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)中重頻雷達(dá)距離解模糊和速度解模糊，采用了一種新的設(shè)計(jì)思路，并在國(guó)產(chǎn)化服務(wù)器平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。服務(wù)器平臺(tái)較大的運(yùn)行內(nèi)存和多核多線程并行處理的程序設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的處理能力，能夠滿足雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)處理的應(yīng)用需求。本文的設(shè)計(jì)方法改進(jìn)了傳統(tǒng)的解模糊算法，其中距離解模糊方法只與雷達(dá)處理的量程有關(guān)而與過(guò)門(mén)限的目標(biāo)數(shù)量無(wú)關(guān)，提高了解算效率。經(jīng)過(guò)實(shí)際工程驗(yàn)證，本文的設(shè)計(jì)達(dá)到了良好的解模糊效果。

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