關(guān)于動(dòng)目標(biāo)近距的雜波譜中心補(bǔ)償

羅才震 張開(kāi)生 張 軍

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，占領(lǐng)制空權(quán)是獲得戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的重要因素。在美國(guó)對(duì)南聯(lián)盟、阿富汗及伊拉克的最近幾次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中，機(jī)載雷達(dá)顯示了強(qiáng)大的威力，從而為更多的人所了解[1]。由于機(jī)載雷達(dá)是以飛機(jī)為載體，其觀測(cè)范圍比地面雷達(dá)遠(yuǎn)得多，可以大大增加雷達(dá)的警戒時(shí)間。雷達(dá)在觀測(cè)區(qū)域內(nèi)需要對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)比如：坦克、船只、車(chē)輛等進(jìn)行檢測(cè)。該功能對(duì)進(jìn)行目標(biāo)定位和識(shí)別也打下了良好的基礎(chǔ)，對(duì)國(guó)家安全以及國(guó)民的生活都是重要的保障[2]。

本實(shí)驗(yàn)雷達(dá)的主要功能是動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，工作在高頻波段，天線(xiàn)安裝在機(jī)頭方向正側(cè)視90°,波束方位向?qū)挾却蠹s為2°,下視寬度約為1.5°。

對(duì)應(yīng)于所處理的一段動(dòng)目標(biāo)近距的數(shù)據(jù)，載機(jī)作水平飛行，飛行高度約為3000 m，飛機(jī)速度大約60 m/s，航向角約為190°。

我們用這一段數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，將CFAR門(mén)限設(shè)為4.5，凝聚的距離波門(mén)和多普勒波門(mén)設(shè)成4，匿影門(mén)限設(shè)為0.8，波束掃描方式為±15°相掃。

根據(jù)采樣分辨率ΔR=c/2×Fs(c為光速)，可得出采樣的距離分辨率ΔR為4 m，再根據(jù)采樣延遲和飛機(jī)相對(duì)于地面的相對(duì)高度，可以算出飛機(jī)下視角的正弦值，下視角的范圍大約在-29.87°到-31.33°。由此看出下視角較大，或者說(shuō)，一個(gè)距離分辨率的距離對(duì)下視角的影響都不能忽略不計(jì)。

1 多普勒中心頻率估計(jì)

由于機(jī)載雷達(dá)平臺(tái)是運(yùn)動(dòng)的，會(huì)導(dǎo)致多普勒中心有一定偏移，為此應(yīng)首先估計(jì)出多普勒中心的偏移才能進(jìn)行后續(xù)處理。

多普勒中心的估計(jì)方法在國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)記載中主要有相關(guān)函數(shù)法、能量均衡法和最優(yōu)估計(jì)法[3]。在本雷達(dá)的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)中，一開(kāi)始我們運(yùn)用的都是相關(guān)法進(jìn)行多普勒中心頻率的估計(jì)。

1.1 相關(guān)法估計(jì)

雷達(dá)的脈沖周期是較短，相鄰回波應(yīng)具有很強(qiáng)的相關(guān)性，所以選用相關(guān)法做雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的多普勒譜中心估計(jì)。當(dāng)不存在多普勒譜中心的偏移時(shí)，方位向回波的功率譜為S0(f)，該功率譜是以零頻對(duì)稱(chēng)的，和天線(xiàn)的方向圖一樣，與功率譜對(duì)應(yīng)的相關(guān)函數(shù)是實(shí)函數(shù)R0(τ)，當(dāng)多普勒譜中心有偏移時(shí)，功率譜Sh(f)為S0(f-fdc)，其相關(guān)函數(shù)變?yōu)?/p>

Rh(τ)=ej2πfdcτR0(τ)

(1)

因此通過(guò)Rh(τ)的相位能夠估算出fdc。

由于采樣的方位向回波數(shù)據(jù)是離散的，所以Rh(τ)=Rh(kT)，T=1/PRF，k為整數(shù)，取k=1，可以得到多普勒譜中心的精確估計(jì)是

(2)

通過(guò)這種方法得到的fdc accu的精度遠(yuǎn)比能量均衡法和最優(yōu)估計(jì)法高，但是上述方法是通過(guò)指數(shù)運(yùn)算的，相位的范圍在[-π,π]，如果fdc accuT>1(有時(shí)會(huì)遠(yuǎn)大于1)，此時(shí)算出的fdc accu會(huì)存在模糊的問(wèn)題。必須通過(guò)慣導(dǎo)估計(jì)的fdc ins對(duì)fdc accu進(jìn)行解模糊操作。

最后得到精確的無(wú)模糊的多普勒中心頻率為

(3)

這里PRF為脈沖重復(fù)頻率。

1.2 距離彎曲估計(jì)法

在機(jī)載雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)近距檢測(cè)時(shí)，飛機(jī)下視角公式為

(4)

其中h表示飛機(jī)的載機(jī)高度，r表示機(jī)載雷達(dá)到照射點(diǎn)的斜距。在動(dòng)目標(biāo)近距檢測(cè)的情形下，h相同，由于r斜距近距檢測(cè)比遠(yuǎn)距檢測(cè)小很多，導(dǎo)致在一個(gè)波束照射范圍內(nèi)，不同距離點(diǎn)的θRh變化不能忽略不計(jì)，簡(jiǎn)單地運(yùn)用相關(guān)法是不能滿(mǎn)足動(dòng)目標(biāo)近距的多普勒譜中心搬移的。此時(shí)提出了距離彎曲估計(jì)法，該方法是對(duì)波束照射中心的3 dB范圍內(nèi)的每個(gè)距離單元進(jìn)行補(bǔ)償，具體流程如圖1所示。

圖1 距離彎曲校正的流程圖

2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證

下面是某次飛行試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)結(jié)果，圖2是15 km動(dòng)目標(biāo)數(shù)據(jù)某個(gè)CPI利用相關(guān)法搬移雜波譜中心前后的距離單元多普勒平面圖，圖3是5 km動(dòng)目標(biāo)數(shù)據(jù)某個(gè)CPI利用相關(guān)法搬移雜波譜中心前后的距離單元多普勒平面圖。

圖2 15 km動(dòng)目標(biāo)多普勒中心搬移前后MTD平面圖

圖3 5 km近距雜波譜中心搬移前后的MTD平面圖

從圖2可以看出，相關(guān)法能夠在15 km的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)將雜波譜中心搬移到零頻附近，但是從圖3看出相關(guān)法在3 km的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)時(shí)并不能將波束照射范圍內(nèi)所有地雜波都搬移到零頻附近，這將會(huì)影響動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

運(yùn)用距離彎曲校正的方法進(jìn)行雜波譜中心的搬移，圖4和圖5是一個(gè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)開(kāi)始和數(shù)據(jù)末尾的兩個(gè)CPI的雜波譜中心搬移前后的結(jié)果。

圖4 5 km數(shù)據(jù)CPI靠前距離彎曲校正后的MTD平面圖

圖5 5 km數(shù)據(jù)CPI靠后距離彎曲校正后的MTD平面圖

從圖4和圖5看出，距離彎曲校正能準(zhǔn)確地將5 km動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的多普勒譜中心搬移到零頻附近。

將相關(guān)法和距離彎曲對(duì)5 km動(dòng)目標(biāo)近距數(shù)據(jù)進(jìn)行最終上報(bào)點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)得到如圖6所示。

圖6 相關(guān)法和距離彎曲法每個(gè)cpi檢測(cè)目標(biāo)結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

利用本文所述的距離彎曲校正方法在機(jī)載雷達(dá)近距動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)時(shí)對(duì)雜波譜中心進(jìn)行估計(jì)，能夠避免將大量地雜波點(diǎn)當(dāng)成目標(biāo)出現(xiàn)在檢測(cè)報(bào)告中，是一種較好的機(jī)載雷達(dá)近距動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的好手段。但是存在的缺點(diǎn)有：一是該方法沒(méi)有大量的數(shù)據(jù)去驗(yàn)證；二是本方法適用于飛機(jī)處于平穩(wěn)飛行時(shí)，在飛機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向等不平穩(wěn)的情形時(shí)，就需要用其它方法進(jìn)行補(bǔ)償。