高重頻雷達導引頭變PRF抗遮擋方法設計

何華兵，李文龍，楊士義

(1.中國空空導彈研究院，河南洛陽 471009;

2.駐中國空空導彈研究院軍代表室，河南 洛陽 471009)

高重頻PD雷達主動導引頭采用高重頻脈沖波形跟蹤目標，以確保彈目相對速度測量不模糊和大范圍無雜波區，同時導引頭發射脈沖存在一定的寬度，當目標回波到達導引系統時正值發射機發射脈沖期間，由于接收機關閉而不能收到目標回波信號，將導致遮擋問題。遮擋問題是由高重頻PD雷達自身體制所造成的，雷達要對目標進行跟蹤，就必須消除或在某種程度上補償它［1，2］。對于能精確測量距離的導引頭，可以根據彈目距離選擇合適的重頻使目標回波處于透明區，但對于測距模糊的高重頻雷達導引頭，則無法直接利用測得的目標距離信息抗遮擋;文獻［3］在單PRF情況下，采用“記憶”跟蹤方法解決遮擋問題，優點是采用軟件進行補償，不需要增加額外的硬件開銷，但是該方法需要對目標的加速度有較為精確的預測，在遮擋周期較長或目標機動的情況下，影響跟蹤精度，甚至面臨目標丟失的風險［4］。基于此，本文提出一種穩健的變PRF抗遮擋方法，使不能測距的高重頻PD雷達導引頭具備抗遮擋能力。

1 遮擋現象分析

圖1所示為目標回波遮擋示意圖，定義發射脈沖和接收選通脈沖均在高電平時有效。

圖1 目標回波遮擋示意圖

其中τ為發射脈沖寬度，τr為接收機選通脈沖寬度，T為脈沖重復周期，t1、t2分別為發射脈沖前沿和后沿保護延遲，具體延遲數值與接收路PIN開關控制特性相關，需要在調試中調整。

以第一個發射脈沖的前沿為計時零點，目標回波的位置為

其中:R為彈目距離;c為光速。結合圖1可知，隨著彈目距離的接近，R逐漸減小，則目標回波將周期性地進出遮擋區和透明區，即回波信號陸續進入“透明區－半透明區－遮擋區－半透明區－透明區”，遮擋周期為Te=(c/(2v))T。出于工程應用的簡化考慮，將這一過程分為:“透明區”和“遮擋區”。

2 抗遮擋方案

通過改變PRF，可以保證在整個檢測的距離內至少有一個PRF不被遮擋［5］，基于此，本文提出一種變PRF抗遮擋方法，通過對限定頻率范圍內的PRF進行分析，根據優選策略確定一組PRF，針對載機能否提供較精確的初始裝訂距離，分別設計不同的PRF切換方式，由導引頭軟件控制優選PRF按照不同的方式切換工作，完成抗遮擋任務。

2.1 PRF 優選策略

由圖1可知，目標處于透明區的條件

其中:mod為求余運算;保護延遲t1、t2分別取值175 ns、50 ns。本文提出的PRF優選策略流程如圖2所示。

圖2 PRF優選流程

2.1.1 確定重頻范圍

為了保證導引頭實現無模糊測速，及前半球攻擊時不受地雜波的影響，所選取重頻的最小值 frmin應滿足式(4)［6］

其中，fTmax=2VTmax/λ為目標多普勒頻移最大值，fMmax=2VMmax/λ為旁瓣雜波多普勒頻移最大值，VTmax、VMmax分別為目標、導彈速度最大值，λ為工作波長;發射波形的重頻最大值frmax為發射機最高調制頻率;

在frmin至frmax的頻率范圍內，確定n個候選重頻fr1～frn;由于重頻是由導引頭晶振頻率分頻得到的，所以候選重頻應是導引頭晶振頻率的整數分頻。

為了防止重頻的高次諧波形成假信號，應保證不使其高次諧波落入接受機帶內，對于接收機中心頻率FC，帶寬Bf，當頻率frb落入中心頻率左右一半帶寬內，即

則放棄該頻率，否則將該頻率作為一個候選重頻 fri(i=1，2，…，n)，其中k為任意整數;直到確定n個候選重頻為止。

2.1.2 建立候選重頻組

根據導引頭信號交換周期考慮重頻組應包含的重頻個數，一般應選取3～5個重頻作為一個重頻組，為此從上述n個候選重頻中任意抽取5個組成一個候選重頻組，則共有個候選重頻組。

2.1.3 確定最優重頻組

根據重頻的遮擋性能確定最優重頻組，統計候選重頻組Fi(i=1，2，…，)的遮擋性能。彈目距離R=1～25 km以步長α=10 m變化，若在某一彈目距離點上，Fi中的一個候選重頻滿足式(3)，則表明該候選重頻在這一彈目距離點上使目標回波處于透明區，定義該候選重頻的遮擋性能為0;否則該候選重頻使目標回波處于遮擋區，定義其遮擋性能為1。這樣就得到一個以0或1為值的1×2 400的數組，該數組表征該候選重頻的遮擋性能;分別統計該重頻組Fi中的5個重頻的遮擋性能后，將5個1×2 400數組相加，得到的和數組即表征該候選重頻組Fi的遮擋性能;若和數組中的某個數值為5，則表明在某個距離點上，該組的候選重頻使得目標回波一直處于遮擋區;統計該和數組中數值為5的個數，記錄為Xi，則Xi的大小代表了目標回波一直處于遮擋區的距離點個數。

對比所有候選重頻組Xi值，將最小的Xi值所對應的候選重頻組確定為最優重頻組，得到對應的重頻fr1～fr5。

2.2 PRF 切換方法

PRF切換方法總的來說有兩類［7］，循環依次切換PRF，根據彈目距離信息進行適時切換。

一般是按照一定的幀周期間隔順序循環切換，這樣，至少有一個PRF不被遮擋，該方法實現簡單，但由于其隨機，以及各個PRF遮擋距離的非周期性，無法完全回避遮擋，且會使信噪比下降，增大漏檢概率，切換頻繁的情況下容易使系統工作不穩定。

因此，可以連續檢測回波信號電平，當判斷為進入遮擋區則切換PRF，判斷是否進入遮擋區的方法:對半個遮擋周期內的回波信號強度過門限情況進行統計，若檢測信號強度未過門限3次及以上，則認為目標進入遮擋區，為保證系統穩定性，維持該PRF半個遮擋周期，然后切換至下一個PRF;若檢測信號強度過門限5次及以上，則認為目標進入透明區，保持當前PRF。

可以利用彈目距離信息準確計算出信號是否處于遮擋區，在遮擋發生前切換PRF，關鍵在于如何計算彈目距離信息。對于高重頻導引頭，可以較精確地測得目標速度，因此，若載機能提供較精確的初始裝訂距離，則可以在截獲后通過對彈目距離的徑向速度積分來獲得彈目距離信息，如式(5)

R0為載機提供的初始裝訂距離，每幀更新，fd為最新的回波多普勒速度測量值，每幀更新，若當前幀沒有截獲目標，則由前一幀的速度測量值外推當前幀的速度值。

計算出彈目距離R后，可根據式(3)算出無遮擋的PRF，并切換至該PRF工作。

當載機能提供較精確的初始裝訂距離R0時，應當使用方法2)，但是如果載機受到干擾而不能提供精確的初始裝訂距離，則應使用方法1)。

3 試驗結果及分析

首先，根據PRF優選策略確定一組PRF。

1)確定重頻范圍。已知參數 VTmax=3 Ma，VMmax=4.5 Ma，λ =1.7 cm，則由式(4)計算得重頻最小值 frmin=480 kHz;重頻的最大值frmax=550 kHz;

2)確定n個候選重頻。在frmin至frmax的頻率范圍內，確定滿足2.1)和2.2)的重頻有22個，部分如下:

3)建立候選重頻組。從上述22個候選重頻中任意抽取5個組成一個候選重復頻率組，則共組成C522=26 334個候選重頻組;

4)確定重頻組。由式(3)分別統計重頻組Fi(i=1，2，…，26 334)的遮擋性能，確定重頻組為

然后，選擇合適的重頻切換方式切換確定的5個重頻，當載機能提供較精確的初始裝訂距離時，計算出彈目距離信息并判斷信號是否處于遮擋區，在遮擋發生前切換PRF;當載機受到干擾而不能提供精確的初始裝訂距離，則應按照一定的幀周期間隔順序循環切換。

在試驗室內通過觀測接收機回波檢波電壓可知導引頭抗遮擋效果，若檢波電壓值在0 V附近表明回波處于遮擋區，大于1 V表明回波處于透明區，圖3、圖4分別為采用變PRF抗遮擋方法前后檢波電壓的值。

由圖3、圖4可知，在導引頭工作時間內，采用本文方法前目標周期性的進入遮擋區和透明區，采用本文方法后檢波電壓值穩定處于1.6 V附近，達到了抗遮擋的目的。

圖3 采用本文方法前檢波電壓值

4 結論

本文提出了一種變PRF抗遮擋方法，該方法使得測距模糊的高重頻PD雷達導引頭具備抗遮擋能力，提高了導引頭對目標的檢測性能和跟蹤能力。試驗表明:提出的方法具有較好的抗遮擋性能。進一步研究需注意解決PRF轉換時可能引起的系統工作不穩定的問題。

［1］ 董勝波，張文濤，張曉峰，等.脈沖多普勒雷達導引頭遮擋問題解決方法研究［J］.宇航計測技術，2008，28(3):1－4.

［2］ 吳兆欣，洪信鎮，李德純，等.空空導彈雷達導引系統設計［M］.北京:國防工業出版社，2007.

［3］ 陳付彬，孫洪忠，張軍.記憶跟蹤在HPRF-PD雷達中抗距離遮擋的應用［J］.制導與引信，2008，29(3):42 －47.

［4］ 沈康.PD雷達系統中“遮擋”問題的分析及處理［J］.航空兵器，2006(1):38－40.

［5］ 王瑩，蘇宏艷，朱淮成，等.HPRFPD末制導雷達抗遮擋方法設計［J］.微波學報，2010(S1):631－634.

［6］ 張直中.機載雷達導論［M］.北京:機械電子工業部第十四研究所，1990.

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(責任編輯楊繼森)