強(qiáng)雜波背景下火控雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)處理性能分析

劉鑫，畢立財(cái)

（中國(guó)人民解放軍92941部隊(duì)，遼寧葫蘆島 125001）

0 引言

艦炮火控雷達(dá)所面臨的無(wú)源雜波環(huán)境一般比較復(fù)雜，有海雜波、地物雜波和各種敵方釋放的雜波干擾等,火控雷達(dá)要想在復(fù)雜的雜波環(huán)境中完成對(duì)目標(biāo)的捕獲跟蹤，雷達(dá)必須具有較強(qiáng)的雜波抑制能力。出于對(duì)海雜波背景下反艦導(dǎo)彈的跟蹤需求，末端反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)的火控雷達(dá)通常采用動(dòng)目標(biāo)處理（MTD）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在強(qiáng)海雜波環(huán)境下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的各種參數(shù)的提取。雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)處理的工作質(zhì)量一般用改善因子I來(lái)衡量，改善因子的提高受限于雷達(dá)相關(guān)部分的性能，如雜波內(nèi)部的起伏運(yùn)動(dòng)，雷達(dá)各系統(tǒng)部件的不穩(wěn)定性，A/D變換器的量化噪聲，正交雙通道的幅相不一致等[1]。因此，雷達(dá)要從復(fù)雜的雜波背景中提取目標(biāo)信息也具有一定限制。本文針對(duì)某型火控雷達(dá)在檢飛中 AGC控制值出現(xiàn)跳變而后丟失目標(biāo)問(wèn)題,在檢查AGC控制環(huán)路后，對(duì)動(dòng)目標(biāo)改善因子指標(biāo)進(jìn)行復(fù)測(cè)，結(jié)果表明AGC控制環(huán)路正常，動(dòng)目標(biāo)改善因子指標(biāo)滿(mǎn)足要求。根據(jù)試驗(yàn)時(shí)海域存在大型船只的實(shí)際情況,將近似船只反射強(qiáng)度的雜波信號(hào)輸入雷達(dá)接收機(jī)以驗(yàn)證雷達(dá)對(duì)動(dòng)目標(biāo)的實(shí)際檢測(cè)情況，結(jié)果表明雷達(dá)丟失目標(biāo)是由于外部極強(qiáng)雜波干擾進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，使得接收機(jī)過(guò)載而不能正常工作，導(dǎo)致雷達(dá)丟失目標(biāo)。

1 問(wèn)題的提出

某型雷達(dá)在對(duì)空中目標(biāo)跟蹤過(guò)程中出現(xiàn)丟失目標(biāo)的現(xiàn)象。圖1、圖2分別為雷達(dá)穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)航路和雷達(dá)丟失目標(biāo)航路時(shí)的 AGC對(duì)比圖。通過(guò)兩圖對(duì)比可以看出，雷達(dá)在丟失目標(biāo)時(shí)，AGC出現(xiàn)瞬時(shí)跳躍，其幅值較起控值大40dB以上，正常跟蹤航路相對(duì)于目標(biāo)丟失航路在距離遠(yuǎn)區(qū) AGC值總體偏小。

圖1 雷達(dá)丟失目標(biāo)AGC幅值曲線(xiàn)圖

圖2 雷達(dá)正常跟蹤AGC幅值曲線(xiàn)圖

2 AGC控制電路檢查

為查找雷達(dá)丟失目標(biāo)問(wèn)題產(chǎn)生的原因，分別對(duì)接收通道幅度一致性、伺服系統(tǒng)跟蹤精度、跟蹤電子環(huán)路進(jìn)行檢查，各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足要求。根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中AGC控制值出現(xiàn)跳變的現(xiàn)象，首先對(duì)AGC控制環(huán)路進(jìn)行檢查。

AGC控制的主要功能在于：使接收機(jī)的增益隨回波信號(hào)的強(qiáng)弱自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，在接收微弱回波信號(hào)時(shí)，使接收機(jī)具有足夠高的增益，以保證遠(yuǎn)距離目標(biāo)的檢測(cè)；在接收強(qiáng)回波信號(hào)時(shí)，使接收機(jī)的增益隨之降低，以保證接收機(jī)處于非飽和的線(xiàn)性狀態(tài)[2]。同時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)角歸一化，使接收機(jī)輸出的角誤差信號(hào)強(qiáng)度只與目標(biāo)偏離天線(xiàn)軸線(xiàn)的夾角有關(guān)，而與目標(biāo)距離的遠(yuǎn)近和目標(biāo)反射面積的大小等因素?zé)o關(guān)[3]。AGC閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。

根據(jù) AGC閉環(huán)控制流程，用模擬信號(hào)源產(chǎn)生連續(xù)波信號(hào)，經(jīng)衰減器后注入到中頻接收機(jī)，調(diào)整信號(hào)衰減量（信號(hào)強(qiáng)度變化約為-60~10dBm），觀察AGC表頭指示變化及相位檢波器輸出，結(jié)果表明隨信號(hào)強(qiáng)度變化 AGC能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，輸出信號(hào)強(qiáng)度在規(guī)定范圍內(nèi)。

圖3 AGC閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖

3 改善因子測(cè)量

為了達(dá)到較好的抑制雜波效果，雷達(dá)通常將時(shí)域信號(hào)變換為頻域信號(hào)，采用動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)（MTD）來(lái)提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，而評(píng)價(jià)MTD性能最常用的性能指標(biāo)就是改善因子。試驗(yàn)過(guò)程中雷達(dá)跟蹤的目標(biāo)具有區(qū)別于海雜波的徑向速度，正常情況下雷達(dá)能夠穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)，根據(jù)雷達(dá)丟失目標(biāo)的實(shí)際情況，結(jié)合改善因子的測(cè)試對(duì)雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)性能進(jìn)行了檢查。

3.1 雷達(dá)MTD工作原理

MTD通過(guò)多個(gè)濾波器組對(duì)雷達(dá)回波進(jìn)行脈沖多普勒處理。然后再對(duì)濾波器組的輸出進(jìn)行檢測(cè)來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。MTD濾波器組一般采用FFT技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

設(shè)一個(gè)脈組周期雷達(dá)共接收M個(gè)視頻回波信號(hào)，對(duì)同一距離單元上的N點(diǎn)慢時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT運(yùn)算，N點(diǎn)FFT運(yùn)算可表示為[4]：

X(0)，X(1)，X(2)，…，X(N- 1)相當(dāng)于N個(gè)FIR濾波器的輸出，第n個(gè)濾波器的幅頻響應(yīng)為

式中：fr為脈沖重復(fù)頻率。

N個(gè)濾波器具有相同的幅度特性，每個(gè)濾波器帶寬為frN，具有不同多普勒頻率的信號(hào)將從濾波器組中不同的濾波器輸出，雜波響應(yīng)在0號(hào)濾波器附近，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)響應(yīng)在遠(yuǎn)離0號(hào)的N號(hào)濾波器。

3.2 改善因子測(cè)試步驟

采用真實(shí)背景雜波和模擬動(dòng)目標(biāo)相結(jié)合的測(cè)量方法測(cè)量動(dòng)目標(biāo)改善因子，系統(tǒng)組成如圖4所示。

圖4 動(dòng)目標(biāo)改善因子測(cè)量框圖

測(cè)試步驟如下：

（1）控制雷達(dá)天線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)地物目標(biāo)，地物回波強(qiáng)度要滿(mǎn)足一定要求；

（2）用模擬信號(hào)源產(chǎn)生一疊加多普勒頻率的連續(xù)波信號(hào)，與脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的窄脈沖調(diào)制后，形成模擬回波信號(hào)，經(jīng)衰減器后與雜波回波信號(hào)一起輸入到中頻接收機(jī)；

（3）利用脈沖信號(hào)發(fā)生器調(diào)整模擬回波信號(hào)時(shí)延，使其位于雜波環(huán)境中；

（4）調(diào)整中頻信號(hào)源的輸出功率，并在頻譜儀上觀察，使之比雜波信號(hào)低30dB左右并記錄，該比值即是輸入信雜比Si C（dB）。

（5）雷達(dá)穩(wěn)定跟蹤模擬回波信號(hào)后，記錄輸出信噪比SCo（dB）。

（6）在允許的速度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)模擬回波信號(hào)的多普勒頻率，可測(cè)試模擬目標(biāo)速度從零到極限特征值區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的MTD改善因子。

根據(jù)輸入信雜比和輸出信噪比，可以計(jì)算出雷達(dá)在某一速度上的改善因子I為：

根據(jù)上述方法對(duì)雷達(dá)改善因子性能進(jìn)行了實(shí)際檢測(cè)，結(jié)果滿(mǎn)足相應(yīng)指標(biāo)要求。為了進(jìn)一步驗(yàn)證雷達(dá)雜波抑制能力，測(cè)試時(shí)，目標(biāo)信號(hào)與雜波信號(hào)均采用模擬方式輸入到雷達(dá)接收機(jī)，雜波信號(hào)強(qiáng)度根據(jù)檢飛丟失目標(biāo)時(shí)記錄的 AGC值進(jìn)行設(shè)置，目標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度根據(jù)雷達(dá)方程折算獲得，設(shè)置模擬目標(biāo)信號(hào)相對(duì)被測(cè)雷達(dá)的徑向速度與檢飛時(shí)目標(biāo)速度相同。當(dāng)雜波信號(hào)強(qiáng)度與檢飛丟失目標(biāo)時(shí)的量值相同時(shí)，雷達(dá)不能穩(wěn)定跟蹤模擬運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，當(dāng)雜波信號(hào)強(qiáng)度衰減到正常跟蹤航路量值時(shí)，雷達(dá)能夠穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)。現(xiàn)象與實(shí)際檢飛過(guò)程相符。

4 丟失目標(biāo)原因分析

通過(guò)對(duì) AGC控制環(huán)路檢查及動(dòng)目標(biāo)改善因子測(cè)試，驗(yàn)證了雷達(dá)的工作穩(wěn)定性。根據(jù)雷達(dá)對(duì)空中目標(biāo)跟蹤過(guò)程中 AGC出現(xiàn)瞬時(shí)跳變的現(xiàn)象，初步確定因外部極強(qiáng)雜波信號(hào)進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，最終導(dǎo)致目標(biāo)丟失。結(jié)合試驗(yàn)過(guò)程中視頻圖像觀察，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)航路上存在著大型船只，雖然船只與空中目標(biāo)處于不同距離范圍，但在目標(biāo)丟失距離段內(nèi)船只與空中目標(biāo)同處雷達(dá)波束內(nèi)。為了解決距離模糊問(wèn)題，雷達(dá)采用高重頻工作方式，當(dāng)近區(qū)的極強(qiáng)雜波折疊到動(dòng)目標(biāo)小信號(hào)上時(shí)，由于對(duì)強(qiáng)雜波信號(hào)的抑制，AGC量值會(huì)突然變大，直接導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)幅度衰減較大，使得動(dòng)目標(biāo)小信號(hào)小于A/D變換最小量化單位，即小信號(hào)被屏蔽，無(wú)法完成速度檢測(cè)。此時(shí)小目標(biāo)回波淹沒(méi)在雜波信號(hào)之中，當(dāng)連續(xù)數(shù)周期信噪比小于檢測(cè)值時(shí)，雷達(dá)判別為目標(biāo)丟失。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)某型雷達(dá)對(duì)空檢飛過(guò)程中丟失目標(biāo)的問(wèn)題，從雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)提取過(guò)程進(jìn)行分析，利用MTD改善因子測(cè)量方法模擬檢飛過(guò)程，驗(yàn)證了雷達(dá)丟失目標(biāo)的根本原因是由于外部極強(qiáng)雜波干擾進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，使得接收機(jī)過(guò)載而不能正常工作，最終導(dǎo)致目標(biāo)丟失。從分析過(guò)程可以看出，雷達(dá)試驗(yàn)組織過(guò)程中應(yīng)充分考慮裝備的性能指標(biāo)，綜合分析可能存在突發(fā)性干擾因素，只有這樣才能客觀公正的評(píng)價(jià)裝備的戰(zhàn)技術(shù)性能。

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