自適應(yīng)變跟蹤波門寬度目標(biāo)跟蹤方法

王曉楠，徐 偉，陳章龍

（船舶重工集團(tuán)公司723所，揚(yáng)州225001））

0 引 言

在跟蹤雷達(dá)接收到目標(biāo)指示、完成目標(biāo)捕獲后判斷目標(biāo)回波信號(hào)的強(qiáng)度超過門限時(shí)，雷達(dá)轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，在后續(xù)跟蹤過程中跟蹤波門對(duì)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)跟蹤。目前多采用固定寬度的跟蹤波門對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，當(dāng)目標(biāo)徑向尺寸較大、回波強(qiáng)度較大導(dǎo)致接收機(jī)飽和時(shí)，目標(biāo)回波寬度將大于跟蹤波門寬度，此時(shí)跟蹤波門內(nèi)回波無法真實(shí)反映目標(biāo)信息，導(dǎo)致目標(biāo)跟蹤不穩(wěn)定；當(dāng)目標(biāo)徑向尺寸較小、目標(biāo)回波較弱時(shí)，目標(biāo)回波寬度將小于跟蹤波門寬度，此時(shí)信號(hào)處理機(jī)在處理跟蹤波門內(nèi)信號(hào)時(shí)會(huì)受到雜波、副瓣的影響，計(jì)算目標(biāo)位置不準(zhǔn)確，甚至?xí)G失目標(biāo)。當(dāng)目標(biāo)速度很快時(shí)，在一個(gè)信號(hào)處理機(jī)處理周期內(nèi)，目標(biāo)可能已經(jīng)超出跟蹤波門，導(dǎo)致目標(biāo)丟失。

目標(biāo)跟蹤方法將直接影響到雷達(dá)能否對(duì)各種目標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定跟蹤，從而影響雷達(dá)性能，因此目標(biāo)跟蹤方法非常重要［1］。

1 方法簡(jiǎn)介

跟蹤雷達(dá)檢測(cè)到目標(biāo)回波超過門限后，計(jì)算得出目標(biāo)回波等效寬度，即超過門限目標(biāo)回波寬度；然后根據(jù)目標(biāo)速度，得出信號(hào)處理機(jī)處理周期內(nèi)目標(biāo)的移動(dòng)量，從而計(jì)算出跟蹤波門寬度。

根據(jù)目標(biāo)回波等效寬度和目標(biāo)速度自適應(yīng)改變跟蹤波門寬度，能夠保證目標(biāo)回波落在跟蹤波門內(nèi)的同時(shí)減小雜波、大目標(biāo)副瓣對(duì)目標(biāo)跟蹤的影響，提高目標(biāo)跟蹤性能。

2 目標(biāo)跟蹤具體方案

2.1 跟蹤雷達(dá)介紹

跟蹤雷達(dá)基本組成框圖如圖1所示。發(fā)射機(jī)通過收發(fā)開關(guān)和雷達(dá)天線將電磁波向空間輻射，電磁波在遇到目標(biāo)后產(chǎn)生后向散射，形成目標(biāo)回波，通過雷達(dá)天線和收發(fā)開關(guān)傳送至接收機(jī)，接收機(jī)將微弱高頻回波信號(hào)下變頻、濾波放大后傳送到信號(hào)處理機(jī)，由信號(hào)處理機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行距離、角度跟蹤并將目標(biāo)距離、角誤差信息送出，伺服控制系統(tǒng)根據(jù)誤差信息驅(qū)動(dòng)天線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，進(jìn)行目標(biāo)跟蹤，顯控臺(tái)對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行監(jiān)控［1－2］。

圖1 跟蹤雷達(dá)基本組成框圖

2.2 目標(biāo)跟蹤具體方法

跟蹤雷達(dá)接收到情報(bào)部門目標(biāo)指示，完成目標(biāo)捕獲，由信號(hào)處理機(jī)判斷目標(biāo)回波強(qiáng)度超過門限后，根據(jù)目標(biāo)回波過門限寬度、目標(biāo)速度計(jì)算跟蹤波門寬度并置跟蹤波門到目標(biāo)位置，考慮到目標(biāo)閃爍、機(jī)動(dòng)，在跟蹤過程中信號(hào)處理機(jī)根據(jù)目標(biāo)回波過門限寬度、目標(biāo)速度實(shí)時(shí)改變跟蹤波門寬度。

如圖2所示，自適應(yīng)變跟蹤波門寬度目標(biāo)跟蹤方法的步驟為：

第1步，跟蹤雷達(dá)接收到情報(bào)部門目標(biāo)指示，完成目標(biāo)捕獲。

第2步，跟蹤雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)判斷目標(biāo)回波強(qiáng)度是否超過門限。如果是，則執(zhí)行步驟3，否則返回第1步繼續(xù)進(jìn)行目標(biāo)捕獲。

第3步，當(dāng)檢測(cè)到目標(biāo)回波超過門限后，根據(jù)目標(biāo)過門限寬度、目標(biāo)速度計(jì)算跟蹤波門寬度并置跟蹤波門到目標(biāo)位置。計(jì)算原則為：目標(biāo)回波落在跟蹤波門內(nèi)，減少雜波、副瓣對(duì)目標(biāo)跟蹤的影響。

假設(shè)目標(biāo)回波等效寬度為r、目標(biāo)速度為v、信號(hào)處理機(jī)置跟蹤波門周期為t，則采用如下公式計(jì)算跟蹤波門寬度τ：

式中：r為目標(biāo)回波等效寬度；vt為目標(biāo)移動(dòng)距離。

用式（1）計(jì)算跟蹤波門寬度，可保證目標(biāo)在運(yùn)動(dòng)過程中的有效回波始終落在跟蹤波門內(nèi)，既保證了對(duì)目標(biāo)跟蹤的要求，又避免了跟蹤波門過寬導(dǎo)致雜波、副瓣對(duì)目標(biāo)跟蹤的影響，提高了目標(biāo)跟蹤性能。

第4步，跟蹤雷達(dá)轉(zhuǎn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)，跟蹤過程中跟蹤波門寬度按照步驟3進(jìn)行計(jì)算、改變。

2.3 目標(biāo)跟蹤效果對(duì)比

圖2 自適應(yīng)變跟蹤波門寬度目標(biāo)跟蹤方法流程圖

模擬一典型飛機(jī)目標(biāo)，對(duì)跟蹤雷達(dá)效果進(jìn)行仿真，采用固定跟蹤波門與自適應(yīng)變跟蹤波門跟蹤結(jié)果如圖3、圖4所示。由仿真效果圖可以看出，采用自適應(yīng)變跟蹤波門寬度對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤時(shí)跟蹤誤差小，跟蹤效果明顯好于采用固定跟蹤波門對(duì)目標(biāo)的跟蹤。

圖3 固定跟蹤波門跟蹤效果

圖4 自適應(yīng)變跟蹤波門跟蹤效果

3 結(jié)束語

本文介紹了自適應(yīng)變跟蹤波門寬度目標(biāo)跟蹤方法，與現(xiàn)有的目標(biāo)跟蹤方法相比，自適應(yīng)變跟蹤波門寬度更加合理，減小了雜波、大目標(biāo)副瓣對(duì)目標(biāo)跟蹤的影響，提高了雷達(dá)目標(biāo)跟蹤的準(zhǔn)確性和雷達(dá)性能，特別適用于跟蹤雷達(dá)在目標(biāo)較多、雜波較強(qiáng)背景下對(duì)高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤。

該方法有效提高了雷達(dá)目標(biāo)跟蹤準(zhǔn)確性和效率，可廣泛用于雷達(dá)設(shè)備目標(biāo)跟蹤過程，也可推廣用于其它跟蹤傳感器的目標(biāo)跟蹤。

［1］王德純，丁家會(huì)，程望東，等.精密跟蹤測(cè)量雷達(dá)技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

［2］丁鷺飛，耿富錄.雷達(dá)原理［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.