基于單脈沖雷達(dá)的多目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)研究

李萬鵬+張磊

【摘要】 單脈沖雷達(dá)測(cè)角精度高，廣泛應(yīng)用在對(duì)目標(biāo)的跟蹤，但是當(dāng)單脈沖雷達(dá)對(duì)多個(gè)目標(biāo)落在同一距離分辨單元和同一波束內(nèi)時(shí)，難以對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行區(qū)分。本文通過分析單脈沖雷達(dá)的測(cè)角原理，以及目標(biāo)響應(yīng)分析，淺析單脈沖雷達(dá)的多目標(biāo)檢測(cè)算法。

【關(guān)鍵字】 單脈沖雷達(dá) 測(cè)角 多目標(biāo)

一、單脈沖雷達(dá)概述

雷達(dá)探測(cè)的主要目標(biāo)是對(duì)目標(biāo)測(cè)距和測(cè)角，單脈沖雷達(dá)在測(cè)角方面精度較高，非常適用于目標(biāo)跟蹤，通常應(yīng)用在導(dǎo)航和制導(dǎo)等領(lǐng)域。單脈沖雷達(dá)根據(jù)測(cè)角方式的不同可以分為比幅測(cè)角和比相測(cè)角兩種類型。

1.1振幅和差式比幅測(cè)角

振幅和差式比幅測(cè)角采用的方向圖處于天線軸的兩個(gè)對(duì)邊的一對(duì)波束，其中相對(duì)于軸有奇對(duì)稱的差通道波束和偶對(duì)陳的和通道波束?？梢越普J(rèn)為在一個(gè)角平面內(nèi)，雷達(dá)天線接收到兩個(gè)波束，并且兩個(gè)波束存在重疊部分。兩個(gè)波束同時(shí)接收到目標(biāo)的回波信號(hào)，兩個(gè)目標(biāo)的回波信號(hào)通過和差變換器可以輸出高頻和、差信號(hào)。和、差信號(hào)經(jīng)過混頻器降頻后得到中頻信號(hào)，利用放大器將信號(hào)放大處理，和信號(hào)可以用于觀察和測(cè)距，差信號(hào)可以用于測(cè)量角誤差，和、差信號(hào)之間的相位差可以確定目標(biāo)的偏移方向。

1.2相位和差式比相測(cè)角

相位和差式比相測(cè)角采用并列的天線或者陣列天線的不同的部位接受具有不同相位的波束，利用間距幾個(gè)波長(zhǎng)的天線孔徑發(fā)射波速，每個(gè)天線發(fā)生一個(gè)波束，并且波束以天線軸為對(duì)稱軸。當(dāng)發(fā)射的兩個(gè)波束指向相同時(shí)，兩個(gè)波束的回波波幅也相同。當(dāng)存在一定的角誤差時(shí)，產(chǎn)生的兩個(gè)回波會(huì)具有一定的相位差，相位差是由于波程差產(chǎn)生的。采用誤差電信號(hào)作為控制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以控制天線波束的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)角度的自動(dòng)跟蹤。

二、單脈沖雷達(dá)目標(biāo)響應(yīng)分析

單脈沖處理器是單脈沖雷達(dá)的關(guān)鍵部件，用來處理來自同步天線方向圖的電壓信號(hào)，并產(chǎn)生歸一化單脈沖輸出。信號(hào)的和、差分別用S、D表示。當(dāng)雷達(dá)波束內(nèi)只存在單一的目標(biāo)時(shí)，D、S兩個(gè)矢量的相位差為0o或180o。D/S只有實(shí)數(shù)部分輸出，此時(shí)

其中，θBW為天線方向圖的3dB的波束寬度，km為單脈沖雷達(dá)的誤差斜率。

雷達(dá)在跟蹤目標(biāo)時(shí)，多數(shù)情況下是跟蹤多個(gè)目標(biāo)，單脈沖處理器接收的信號(hào)來源于多個(gè)不可分辨目標(biāo)。在不可分辨目標(biāo)的情況下，差電壓D和和電壓S的比值為復(fù)數(shù)。當(dāng)目標(biāo)不可分辨時(shí)，雷達(dá)產(chǎn)生基于合成和、差信號(hào)的單一指示角，但是由于起伏和相對(duì)運(yùn)動(dòng)等原因，指示角會(huì)隨著目標(biāo)相對(duì)幅度和相位的變化為抖動(dòng)，造成雷達(dá)跟蹤目標(biāo)異常甚至失敗。不可分辨的目標(biāo)還會(huì)影響目標(biāo)檢測(cè)，影響目標(biāo)檢測(cè)率。

三、單脈沖雷達(dá)多目標(biāo)檢測(cè)與分辨算法

單脈沖雷達(dá)在處理多目標(biāo)檢測(cè)時(shí)，難以保證多目標(biāo)的分辨率和達(dá)到角的正確估計(jì)，采用多目標(biāo)檢測(cè)及分辨算法對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行處理，可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的檢測(cè)與分辨。典型的多目標(biāo)檢測(cè)和分辨算法有矩匹配角估計(jì)角分辨算法和最大似然角分辨算法，矩匹配角估計(jì)算法的局限性在于只能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤，最大似然角分辨算法理論上可以估計(jì)多個(gè)目標(biāo)的到達(dá)角，但是每增加一個(gè)目標(biāo)都會(huì)提高計(jì)算量，難以滿足實(shí)時(shí)性的要求。并且兩種算法都需要目標(biāo)信噪比作為先驗(yàn)信息。

基于信噪比估計(jì)的多目標(biāo)分辨算法，首先對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，判斷每個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)是來自單個(gè)目標(biāo)回波還是多個(gè)目標(biāo)合成的信號(hào)回波；然后選取其中單個(gè)目標(biāo)回波采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)，聯(lián)合多次回波數(shù)據(jù)估計(jì)單給目標(biāo)信噪比；采用合成信號(hào)回波的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)，獲得兩目標(biāo)的總信噪比，結(jié)合單目標(biāo)信噪比，可以獲得另一目標(biāo)的信噪比估計(jì)值，以此類推；最后采用矩匹配算法達(dá)到目標(biāo)達(dá)到角的估計(jì)值。雷達(dá)可以通過其中單個(gè)目標(biāo)的采樣點(diǎn)來計(jì)算單目標(biāo)信噪比作為先驗(yàn)信息，在結(jié)合合成信號(hào)的回波采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)目標(biāo)源的檢測(cè)和分辨。

參 考 文 獻(xiàn)

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