單脈沖雷達(dá)數(shù)據(jù)采集及處理方法

蔣立民

（91245部隊(duì)，遼寧葫蘆島,125001）

單脈沖雷達(dá)數(shù)據(jù)采集及處理方法

蔣立民

（91245部隊(duì)，遼寧葫蘆島,125001）

在載人航天、編目空間目標(biāo)以及對(duì)戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈進(jìn)行預(yù)防警報(bào)等方面單脈沖測(cè)量雷達(dá)有著極為重要的實(shí)用價(jià)值，而脈沖雷達(dá)的核心就是數(shù)據(jù)的采集與處理，數(shù)據(jù)采集與處理在脈沖雷達(dá)完成各項(xiàng)工作時(shí)發(fā)揮的作用是十分重要的。本文結(jié)合了進(jìn)行研究的單脈沖測(cè)量雷達(dá)，對(duì)脈沖雷達(dá)關(guān)于數(shù)據(jù)處理方面的功能、結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及工作中使用的算法和實(shí)現(xiàn)的方法進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述。針對(duì)新型單脈沖測(cè)量雷達(dá)的一些關(guān)鍵特點(diǎn)進(jìn)行分析。

單脈沖測(cè)量雷達(dá)；RCS；雷達(dá)標(biāo)校；測(cè)量精度

1 單脈沖測(cè)量雷達(dá)的研究背景與研究目的

1.1 單脈沖測(cè)量雷達(dá)研究的背景與實(shí)際意義

伴隨著我國(guó)啟動(dòng)航天事業(yè)，脈沖測(cè)量雷達(dá)也就隨之產(chǎn)生了，脈沖測(cè)量雷達(dá)在一九七零年的我國(guó)第一顆人在衛(wèi)星發(fā)射的過(guò)程中起到了極為重要的作用。其主要特點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。

（1）測(cè)量時(shí)有很高的精確度，對(duì)火箭、導(dǎo)彈以及各種不同類型的飛行器的發(fā)射與飛行進(jìn)行十分精確的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，為我國(guó)航天領(lǐng)域的試驗(yàn)以及研究工作提供安全可靠的數(shù)據(jù)信息。

（2）有很高的數(shù)據(jù)率以及實(shí)時(shí)性，脈沖測(cè)量的工作嚴(yán)格受到脈沖重復(fù)周期的工作頻率影響，因此在數(shù)據(jù)的測(cè)量中也是按照脈沖重復(fù)周期來(lái)進(jìn)行的，所以說(shuō)測(cè)量的時(shí)效性與精確度都受到數(shù)據(jù)率的影響。

（3）全天候工作的能力比較強(qiáng)，脈沖測(cè)量雷達(dá)和其他光學(xué)測(cè)量設(shè)備嚴(yán)重的受天氣變化影響不同，脈沖測(cè)量雷達(dá)在惡劣的天氣下也可以進(jìn)行全天候的正常工作。

雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)在雷達(dá)的整體系統(tǒng)中處于核心地位，有著十分重要的作用，可以完成目標(biāo)的搜索確定以及跟蹤的任務(wù)，并且對(duì)雷達(dá)所測(cè)量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的修正。雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)是由幾臺(tái)計(jì)算機(jī)共同組成，信息通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交換。

1.2 單脈沖測(cè)量雷達(dá)研究的具體目的

雷達(dá)系統(tǒng)的核心問(wèn)題就是數(shù)據(jù)處理方面的問(wèn)題，它關(guān)系著雷達(dá)對(duì)各項(xiàng)功能的完成重讀，最近幾年以來(lái)，脈沖測(cè)量雷達(dá)的理論以及應(yīng)用技術(shù)正在突飛猛進(jìn)，越來(lái)越多的功能正在被開(kāi)發(fā)與完善中，雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理方面也要有更新的要求。

雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的組成由硬件與軟件兩方面的平臺(tái)組成，平臺(tái)通過(guò)數(shù)據(jù)控制接口把信息與分系統(tǒng)相交換，正因如此雷達(dá)的數(shù)據(jù)研究可以分為以下三個(gè)方面。

（1）雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的硬件平臺(tái)方面。硬件平臺(tái)也就是指程序運(yùn)行的硬件環(huán)境，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)據(jù)處理的硬件平臺(tái)業(yè)發(fā)展成為現(xiàn)在的主流微機(jī)，相比于原來(lái)的單板機(jī)來(lái)說(shuō)性能從根本上產(chǎn)生了巨大的飛躍。數(shù)據(jù)處理的硬件平臺(tái)最為理想的目標(biāo)就是體積更小，且更加的智能，當(dāng)前的高性能計(jì)算機(jī)為這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了更好的硬件支持。

（2）雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的軟件平臺(tái)方面。軟件平臺(tái)也就是指程序運(yùn)行的軟件環(huán)境，也就是“系統(tǒng)”，隨著軟件技術(shù)的突飛猛進(jìn)，數(shù)據(jù)處理的軟件平臺(tái)也變成了Windows系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)性特別高的VxWorks系統(tǒng)；在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中軟件平臺(tái)的要求就是要做到精簡(jiǎn)，以及有較高的實(shí)時(shí)性，并且要安全可靠，新型的軟件技術(shù)已經(jīng)基本達(dá)到要求。

（3）雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的接口方面。雷達(dá)系統(tǒng)如果想要更好的完成任務(wù)，那么各個(gè)分機(jī)系統(tǒng)都要互相配合來(lái)進(jìn)行信息的傳遞工作，所以對(duì)各個(gè)輸入接口以及輸出接口的定義一定要做好，只有這樣才可以對(duì)雷達(dá)各系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換的準(zhǔn)確以及實(shí)時(shí)性進(jìn)行更好的保證，雷達(dá)系統(tǒng)才可以更好的完成任務(wù)。

2 單脈沖測(cè)量雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理理論

2.1 單脈沖雷達(dá)數(shù)據(jù)處理理論概述

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是控制整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的核心，掌握著信息的交換與數(shù)據(jù)的處理，它提取接收到的回波數(shù)據(jù)中的測(cè)量點(diǎn)，并進(jìn)行處理，控制雷達(dá)的跟蹤以分配能量；實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探索以及跟蹤；計(jì)算目標(biāo)的RCS，生成并顯示出航跡數(shù)據(jù)；對(duì)雷達(dá)測(cè)量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；完成雷達(dá)數(shù)據(jù)的標(biāo)校以及對(duì)事后數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的處理。隨著脈沖測(cè)量雷達(dá)的功能逐漸增強(qiáng)，對(duì)數(shù)據(jù)處理方面的要求同樣也升高了，下面幾個(gè)方面可以更好的體現(xiàn)出來(lái)。

（1）目標(biāo)的容量方面：新型的脈沖測(cè)量雷達(dá)需要跟蹤更多的目標(biāo)，這就對(duì)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)有了更高的要求，系統(tǒng)要有更強(qiáng)的容量以及處理能力，這體現(xiàn)在硬件更高的配置和更優(yōu)秀的處理能力上。

（2）目標(biāo)的跟蹤精度方面：新型脈沖測(cè)量雷達(dá)在目標(biāo)的跟蹤方面有著更高的精確度，這就對(duì)數(shù)據(jù)處理的要求更高，數(shù)據(jù)處理要使用更為科學(xué)合理的算法。

（3）越長(zhǎng)，雷達(dá)的跟蹤性能就越弱，反之轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，雷達(dá)的跟蹤性能就更為優(yōu)秀，這就要求數(shù)據(jù)處理要有比較優(yōu)秀的實(shí)時(shí)性系統(tǒng)，同時(shí)還要使算法與能量調(diào)度更為科學(xué)合理。

2.2 雷達(dá)數(shù)據(jù)的事前工作模式

脈沖雷達(dá)在進(jìn)行實(shí)際工作之前為了保證可以安全的完成任務(wù)，需要對(duì)雷達(dá)的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定和調(diào)校的工作，這項(xiàng)工作對(duì)雷達(dá)的工作來(lái)說(shuō)是極為重要的，通常我們都把這項(xiàng)工作乘坐雷達(dá)標(biāo)校，實(shí)際需要進(jìn)行標(biāo)定的項(xiàng)目有很多，下面是關(guān)于標(biāo)定的介紹。

2.2.1 常規(guī)標(biāo)校

常規(guī)標(biāo)校的目的主要是為了對(duì)雷達(dá)的軸系誤差參數(shù)和距離進(jìn)行確定。軸系誤差參數(shù)是對(duì)雷達(dá)的測(cè)角數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)；距離零值是對(duì)雷達(dá)的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)。

雷達(dá)可以分為八種軸系誤差參數(shù)，分別是方位零值參數(shù)、俯仰零值參數(shù)、大盤(pán)不水平最大值參數(shù)、大盤(pán)不水平最大值方向參數(shù)、廣電差橫向分量參數(shù)、廣電差縱向分量參數(shù)、光機(jī)差參數(shù)以及方位俯仰不正交參數(shù)這八種參數(shù)。

2.2.2 恒虛警門(mén)限的標(biāo)定

恒虛警門(mén)限的標(biāo)定對(duì)于雷達(dá)檢測(cè)回波信號(hào)的作用是十分重要的，恒虛警門(mén)限標(biāo)定的主要目的就是統(tǒng)計(jì)雷達(dá)系統(tǒng)的白噪聲并進(jìn)行標(biāo)定，從而確定出系統(tǒng)的檢測(cè)以及跟蹤門(mén)限。系統(tǒng)的檢測(cè)門(mén)限是雷達(dá)在進(jìn)行實(shí)際的目標(biāo)搜索任務(wù)時(shí)，搜索到的回波信號(hào)如果高于系統(tǒng)檢測(cè)門(mén)限，那么雷達(dá)系統(tǒng)就會(huì)對(duì)搜索到的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；系統(tǒng)的跟蹤門(mén)限是雷達(dá)在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤時(shí)，如果接收到的回波信號(hào)低于跟蹤門(mén)限，那么系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)認(rèn)定為丟失目標(biāo)。

2.3 脈沖測(cè)量雷達(dá)的實(shí)施工作流程

首先在顯示控制界面把工作模式設(shè)定完畢，并且要多設(shè)置一些搜索景幅。數(shù)據(jù)處理根據(jù)設(shè)置好的數(shù)據(jù)形成搜索列表以及控制字，并根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行雷達(dá)掃描的控制，在這個(gè)過(guò)程中顯示控制可以通過(guò)人工調(diào)整天線的方式使觀測(cè)覆蓋到空中區(qū)域。在雷達(dá)進(jìn)行掃描與搜索的過(guò)程中，如果在屏幕顯示上觀察到可疑回波，那么就可以點(diǎn)擊相應(yīng)的位置，顯示控制將會(huì)向該位置送出，數(shù)據(jù)處理則會(huì)自動(dòng)完成目標(biāo)的跟蹤工作。如果剩余很多能量的情況下要繼續(xù)進(jìn)行該空中區(qū)域的掃描工作。這種掃描工作可以進(jìn)行到追蹤能量消耗完畢。

在保持穩(wěn)定的對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤之后，在滿足寬帶測(cè)量的條件下顯示控制臺(tái)可以把主目標(biāo)轉(zhuǎn)移到寬帶測(cè)量上，同時(shí)改變運(yùn)行方式，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將會(huì)處理該命令，在處理過(guò)程中原有的跟蹤和搜索依然維持，信號(hào)處理將會(huì)對(duì)寬帶回波進(jìn)行處理，并且把目標(biāo)測(cè)量后的結(jié)果傳送到顯示控制分系統(tǒng)里。

2.4 脈沖測(cè)量雷達(dá)的事后工作模式

脈沖測(cè)量雷達(dá)的事后工作模式是利用科學(xué)的算法與模型相結(jié)合對(duì)測(cè)量得來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行事后處理的過(guò)程，目的是為了對(duì)雷達(dá)測(cè)量出的數(shù)據(jù)進(jìn)行整體的提升，由于雷達(dá)收集到的信息十分復(fù)雜，如果實(shí)時(shí)進(jìn)行處理很容易影響信息的準(zhǔn)確性和任務(wù)的實(shí)時(shí)性，所以選擇事后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，

2.5 脈沖測(cè)量雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方面

在脈沖測(cè)量雷達(dá)的實(shí)際運(yùn)行中，數(shù)據(jù)的處理工作大多數(shù)都是通過(guò)軟件來(lái)完成的，正因如此數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件的科學(xué)合理設(shè)計(jì)就十分重要了，軟件開(kāi)發(fā)時(shí)要注意結(jié)構(gòu)化，對(duì)軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要進(jìn)一步加強(qiáng)，從而確保軟件的功能齊全，有優(yōu)秀的性能，運(yùn)行時(shí)安全可靠，維護(hù)方面也相對(duì)便捷。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計(jì)

回波讀取任務(wù)模塊：在脈沖測(cè)量雷達(dá)系統(tǒng)中，根據(jù)不同的信號(hào)形式以及過(guò)門(mén)限目標(biāo)數(shù)，回波幀是變長(zhǎng)的，最少只有幾十個(gè)字，最多有近兩千字。信號(hào)處理在處理完一幀回波數(shù)據(jù)后，通過(guò)與數(shù)據(jù)處理控制計(jì)算機(jī)在偵聽(tīng)到網(wǎng)絡(luò)SOCKET中斷后，調(diào)用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文讀取函數(shù)讀取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包；回波接收任務(wù)還負(fù)責(zé)回波幀完整性、正確性的檢驗(yàn)，最終將形成完整回波幀壓入“回波幀隊(duì)列”。回波讀取任務(wù)模塊設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則。

a、響應(yīng)回波中斷，占用中斷處理時(shí)間足夠短。

b、回波讀取與回波中斷同步，能夠防止回波網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)堆積。

c、能夠正確處置處理回波數(shù)據(jù)傳送異常。

d、對(duì)回波幀要有基本校驗(yàn)，只有整幀后交與后續(xù)回波處理。

秒定時(shí)任務(wù)模塊：秒定時(shí)模塊主要用來(lái)對(duì)相關(guān)中斷信號(hào)及有固定節(jié)拍的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行頻率監(jiān)測(cè)。秒定時(shí)模塊等待秒中斷信號(hào)，用來(lái)對(duì)相關(guān)其他中斷信號(hào)及固定節(jié)拍的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行頻率監(jiān)視，并填入“中斷計(jì)數(shù)緩沖區(qū)”的響應(yīng)監(jiān)測(cè)頻率值。設(shè)定中注意由于秒中斷本身異常的處理，可以設(shè)置等待超時(shí)，從而不影響所有檢測(cè)。

3 測(cè)試結(jié)果

我們通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)來(lái)驗(yàn)證數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的功能和性能，在仿真平臺(tái)中，場(chǎng)景模擬計(jì)算機(jī)按照一定的彈道模擬回標(biāo)回波信息，顯控計(jì)算機(jī)模擬顯控命令，控制計(jì)算機(jī)完成對(duì)目標(biāo)的搜索、驗(yàn)證和跟蹤并記錄了多組測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的測(cè)量誤差分析，結(jié)果如下。

圖1 距離測(cè)量誤差

圖2 方位測(cè)量誤差

在試驗(yàn)仿真平臺(tái)中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能完成對(duì)模擬目標(biāo)回波連續(xù)、穩(wěn)定的跟蹤，通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)精度達(dá)到了一個(gè)比較高的水平。

[1]蘇劍,宋志勇,付強(qiáng),等.單脈沖雷達(dá)不可分辨目標(biāo)與誘餌聯(lián)合跟蹤方法[J].雷達(dá)學(xué)報(bào),2015,4(2):160-171.

[2]劉洋.脈沖雷達(dá)梳狀回波現(xiàn)象機(jī)理分析[J].現(xiàn)代雷達(dá),2017,39(1):37-40.

Data acquisition and processing method for Monopulse Radar

Jiang Limin
(Unit 91245 of PLA ,Huludao Liaoning,125001)

In manned space flight, space target and cataloging theater missile warning prevention and other aspects of single pulse radar has very important practical value, and the acquisition and processing of pulse radar is the core data, data acquisition and processing play in pulse radar to complete the work of this paper is very important The single pulse radar is studied, on the function of pulse radar data processing, the structure, working principle and use the algorithm and the realization method of the system in this paper According to the analysis of some of the key features of the new single pulse radar

monopulse radar; RCS; radar calibration; measurement accuracy

圖3 仰角測(cè)量誤差