探測低慢小目標的新體制雷達技術(shù)

楊建軍 卞磊 路彬彬

摘要

由于低空慢速小目標的特殊性，傳統(tǒng)雷達很難對其進行有效探測。本文介紹一種圓陣新體制雷達，該雷達在低慢小目標探測方面具有獨特的優(yōu)勢，可實現(xiàn)對低空慢速小目標的有效探測。

【關(guān)鍵詞】圓形陣列 低慢小目標 跟蹤加搜索

1 緒論

低空慢速小目標是對低空或超低空飛行、速度較慢等特征的各種小型飛行器和空漂物的統(tǒng)稱（以下簡稱為“低慢小”目標）。如何防范“低慢小”目標的干擾破壞，是重大活動安保的難題之一。

解決“低慢小”航空器探測問題的途徑主要有三種：聲學(xué)探測、光電探測（可見光、激光、紅外）和雷達探測。由于小型飛行器的噪聲與周圍環(huán)境噪聲相比非常小，這就使得聲學(xué)探測的距離會很近;又由于小型飛行器的動力系統(tǒng)紅外輻射特征低，使得紅外探測手段較難發(fā)現(xiàn)。雷達探測難點表現(xiàn)在目標所處城市背景復(fù)雜、目標的速度慢、目標飛行的高度低、容易被強地物雜波和強噪聲所淹沒，導(dǎo)致雷達回波信號的信雜比或信噪比低，影響雷達的檢測性能。針對上述問題，本文介紹一種新體制圓陣雷達用于“低慢小”目標探測。

2 圓陣雷達介紹

目前相控陣雷達天線基本上是平面陣列形式。平面陣列天線存在著一些缺點，例如，波束掃描范圍窄，天線單元駐波隨掃描角增大而變化，難以實現(xiàn)寬角掃描匹配，天線副瓣電平也往往隨掃描角增大而提高。

與傳統(tǒng)的平面相控陣相比，圓陣列具有良好的全方位掃描能力。圓陣列可簡單而靈活地操控波控的方位，其增益和方向圖等性能基本不變。同時，圓結(jié)構(gòu)的對稱性保持了單元間的互禍平衡，利于實際工程設(shè)計。

本文介紹的圓陣雷達用來探測低空慢速飛行小目標，同時獲取所探測到目標的距離、方位、仰角和速度等信息。下面論述圓陣雷達在低小慢目標探測方面的獨特優(yōu)勢。

2.1 搜跟合一技術(shù)

傳統(tǒng)的機械掃描雷達跟蹤目標往往會選擇TWS跟蹤技術(shù)。由于圓陣雷達具有靈活分配雷達資源的能力，使之在進行多目標跟蹤時，可以同時采用傳統(tǒng)的TWS方式和TAS方式，這樣能夠充分發(fā)揮圓陣天線波束捷變所提供的巨大潛力。

圓陣雷達一般采用低數(shù)據(jù)率搜索加高數(shù)據(jù)率跟蹤方式，數(shù)據(jù)率具有極為靈活的實時調(diào)整能力。當發(fā)現(xiàn)目標后，可采用TWS方式跟蹤，也可以針對重點目標選擇高數(shù)據(jù)率的TAS方式跟蹤。此種方式同時可以提高對重點目標的跟蹤穩(wěn)定性和測角精度。搜跟合一技術(shù)是保證低慢小目標在做機動性飛行時連續(xù)跟蹤的保證。

2.2 多目標跟蹤技術(shù)

圓陣雷達的搜索和跟蹤功能是靠時間分割完成的。由于圓陣雷達的波束可以瞬間切換，這為雷達時間能量資源的自適應(yīng)調(diào)度提供了可能。我們可以把雷達的工作模式細分為許多子模式，其中對每個子模式還可以進一步細分，比如對搜索模式，可以把搜索區(qū)域劃分為許多子區(qū)域，對不同的區(qū)域進行不同的波形設(shè)計;對跟蹤模式，可以根據(jù)目標的威脅度和目標的機動特性賦予不同的跟蹤優(yōu)先級，對不同目標采用不同的跟蹤數(shù)據(jù)率。圓陣雷達的自適應(yīng)調(diào)度可以保證其能同時對多批目標進行跟蹤。

在對目標進行跟蹤時，需要在跟蹤目標數(shù)和跟蹤精度之間進行折中。一方面跟蹤數(shù)據(jù)率應(yīng)盡可能低，減少對雷達時間資源的占用，使其跟蹤更多目標，或?qū)⒏嗟臅r間用于搜索，以便對新目標能夠及早檢測額，延長預(yù)警時間;另一方面，跟蹤需要滿足一定的跟蹤精度，特別是當目標機動時，如果跟蹤數(shù)據(jù)率過低，則跟蹤精度會變差，有時甚至會丟失目標。所以，圓陣雷達的跟蹤數(shù)據(jù)率選取一定要適當，這樣才能最大限度地發(fā)揮圓陣雷達的作戰(zhàn)效能。

3 測試結(jié)果

本試驗所采用的雷達為s波段圓陣雷達。該雷達采用高重頻多普勒技術(shù)，具有強雜波下高概率檢測“低慢小”目標能力，具備凝視能力，在能量域?qū)剐∧繕?具備搜跟一體功能。試驗用目標為大疆精靈3，其雷達散射截面積約為0.01平方米，飛行高度在500m下，飛行速度在15米每秒以下，屬于典型的“低慢小”目標。

試驗項目1：針對目標在不同高度飛行的試驗。人工控制無人機在一個恒定高度上徑向飛行，我們在三個高度上做了檢飛試驗，分別是100m和50m，無人機飛行速度在5米每秒到10米每秒之間。圖1展示了試驗結(jié)果。從圖中可以看出，該雷達對目標的跟蹤數(shù)據(jù)率高，航跡連續(xù)。

試驗項目2：針對無人機的機動飛行試驗。無人機飛行高度設(shè)置在100m高度，飛行速度在5米每秒到10米每秒之間。做畫圓試驗。圖2展示了雷達檢飛跟蹤航跡試驗結(jié)果。圓陣雷達在跟蹤目標丟失后，可在丟失的方位上進

4 結(jié)論與展望

由于低空慢速小目標的特殊性，給重大活動的安保帶來了新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)雷達很難對其進行有效探測。本文介紹的圓陣新體制雷達具備搜跟一體技術(shù)和多目標跟蹤技術(shù)，在低慢小目標探測方面具有獨特的優(yōu)勢，可實現(xiàn)對低空慢速小目標的有效探測。

參考文獻

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