現(xiàn)代雷達(dá)信號處理及發(fā)展趨勢研究

熊 鑫 于元強(qiáng) 許曉劍 付 瑩

空軍預(yù)警學(xué)院雷達(dá)士官學(xué)校電子對抗系電子對抗模擬訓(xùn)練教研室 湖北 武漢 430000

現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù),已經(jīng)全面的滲透在我們的日常生活中,例如：用于汽車、手機(jī)等裝置的跟蹤定位；用于接收信號,如衛(wèi)星電視等；用于環(huán)境監(jiān)測、天氣預(yù)報(bào)等的天氣雷達(dá)。

測速雷達(dá)指的是達(dá)波束較激光光束(射線)的照射面大,能易于捕捉目標(biāo),無須精確瞄準(zhǔn)。雷達(dá)測速設(shè)備安裝在巡邏車上,在運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)檢測車速,是“流動(dòng)電子警察”重要的組成部分。雷達(dá)技術(shù)這么重要,它是從何而來的呢?

1 雷達(dá)的歷史

一戰(zhàn)期間英國和德國交戰(zhàn)時(shí),英國急需一種能探測空中金屬物體的技術(shù)能在反空襲戰(zhàn)中幫助搜尋德國飛機(jī)。因此雷達(dá)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。二戰(zhàn)期間,雷達(dá)就已經(jīng)出現(xiàn)了地對空、空對地(搜索)轟炸、空對空(截?fù)?火控、敵我識別功能的雷達(dá)技術(shù)。

二戰(zhàn)以后,雷達(dá)發(fā)展了單脈沖角度跟蹤、脈沖多普勒信號處理、合成孔徑和脈沖壓縮的高分辨率、結(jié)合敵我識別的組合系統(tǒng)、結(jié)合計(jì)算機(jī)的自動(dòng)火控系統(tǒng)、地形回避和地形跟隨、無源或有源的相位陣列、頻率捷變、多目標(biāo)探測與跟蹤等新的雷達(dá)體制。

雷達(dá)作為現(xiàn)代戰(zhàn)場上一種全方位的信息傳感設(shè)備,已成為當(dāng)今戰(zhàn)場諸如偵察監(jiān)視、目標(biāo)識別、武器制導(dǎo)以及諸兵種協(xié)同作戰(zhàn)等方面的核心裝備。現(xiàn)代雷達(dá)對輻射源信號的搜尋、目標(biāo)跟蹤,可以針對信號發(fā)射功率、脈沖寬度等能量數(shù)據(jù),以及信號波形、振動(dòng)幅值、工作頻率的變化情況,進(jìn)行雷達(dá)系統(tǒng)工作模式的選擇與實(shí)施。

2 現(xiàn)代雷達(dá)信號處理的主要方面

在雷達(dá)的整個(gè)系統(tǒng)中,信號處理扮演者重要角色,信號處理的方式隨著環(huán)境的變化而變化。不同的領(lǐng)域、不同的環(huán)境對雷達(dá)信號處理的要求不同。雷達(dá)信號處理方式主要包括：通信和電子對抗。

通過信號處理和收集可以去掉干擾波段,并捕獲目標(biāo)信息。在雷達(dá)通信方面包括以下幾個(gè)步驟：正交采樣、脈沖壓縮、MTD和恒虛警檢測。正交采樣是進(jìn)行信號處理的第一步,其處理效果的好壞直接影響后續(xù)處理工作能否順利開展,我們要考慮正交采樣的速度和精準(zhǔn)度,合理利用正交采樣的失真度,有利于下一步工作的順利開展。現(xiàn)階段,脈沖壓縮雷達(dá)已發(fā)展成為時(shí)間、頻率、編碼混合調(diào)制,在不增加整機(jī)復(fù)雜性的基礎(chǔ)上,可有效提升雷達(dá)的性能。雷達(dá)需要具備抑制雜波的功能,而雷達(dá)對動(dòng)目標(biāo)和固定目標(biāo)的區(qū)分,主要是通過回波多普勒頻移來確定的,通過濾波器的合理設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信號和雜波信號的分離,通過MTI/MTD、雜波圖等,完成對目標(biāo)任務(wù)的檢查。

在實(shí)現(xiàn)通信的功能中,為了抵抗干擾,提高無線電信號的可行性和隨機(jī)性,必不可少的就是使用編碼和調(diào)制這樣重要的技術(shù),對信號進(jìn)行必要的處理,使其能夠讓信號更準(zhǔn)確,錯(cuò)誤率更低。這就是電子對抗。實(shí)現(xiàn)電子對坑時(shí),配備一個(gè)輸出脈沖信號的設(shè)備,在雷達(dá)信號輸入之前做辨別、分析信號的工作,如果把這些技術(shù)運(yùn)用在軍事領(lǐng)域當(dāng)中,那么借助雷達(dá),能夠很快的對作戰(zhàn)情形進(jìn)行分析和了解,為以后的戰(zhàn)略部署做技術(shù)支持。

雷達(dá)的基本功能從本質(zhì)上來講,雷達(dá)信號的檢測問題就是對某一坐標(biāo)位置上目標(biāo)信號“有”或“無”的判斷問題。最初,這一任務(wù)由雷達(dá)操作員根據(jù)雷達(dá)屏幕上的目標(biāo)回波信號進(jìn)行人工判斷來完成。

3 現(xiàn)代雷達(dá)信號處理的主要技術(shù)

3.1 目標(biāo)的識別和分類 在戰(zhàn)爭中,雷達(dá)信號目標(biāo)的識別指的是有效判斷目標(biāo)的類型,比如區(qū)分是戰(zhàn)斗機(jī)還是轟炸機(jī)；區(qū)分車輛是輪式還是履帶式；確定飛機(jī)和軍艦的型號；對真目標(biāo)進(jìn)行有效的識別等。

3.2 抗電子干擾技術(shù) 在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,電子干擾、低空突防、隱身目標(biāo)對雷達(dá)的探測性能會產(chǎn)生巨大影響,甚至威脅到雷達(dá)的生存,使得雷達(dá)面臨著多種挑戰(zhàn)和威脅,而在諸多威脅中,電子干擾帶來的影響最大,而且也是比較難解決的。

雷達(dá)信號不易被敵方偵查系統(tǒng)探測到,能夠避免或者減輕電子干擾,具有更強(qiáng)的野外生存能力。這是各國發(fā)展抗電子干擾技術(shù)的終極目標(biāo)。

3.3 脈沖壓縮技術(shù) 通過對回波信號進(jìn)行一定的處理和分析來識別復(fù)雜回波中的有用信息,這是雷達(dá)工作的原理。波形的合理設(shè)計(jì)就顯得至關(guān)重要,不同的波形將會對雷達(dá)發(fā)射的形式、信號處理的形式、抗截能力、抗干擾能力等產(chǎn)生不同程度的影響。為了提高雷達(dá)發(fā)射機(jī)的平均功率,現(xiàn)代雷達(dá)會選擇時(shí)寬較寬的發(fā)射脈沖,甚至有的脈寬可以高達(dá)若干毫秒。但是,現(xiàn)在采用的雷達(dá)脈沖壓縮技術(shù)受到適配器的局限,完成信號處理時(shí)還是會不可避免的發(fā)生一些問題。綜上,現(xiàn)在的脈沖壓縮技術(shù)還需要進(jìn)一步的提高和完善。這一方面發(fā)展空間巨大。

3.4 檢測目標(biāo)技術(shù) 檢測目標(biāo)是雷達(dá)最基本的作用。現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)檢測目標(biāo)就是根據(jù)計(jì)算機(jī)的計(jì)算特點(diǎn),對目標(biāo)的特點(diǎn)進(jìn)行檢測和確定。

4 發(fā)展趨勢

4.1 推廣數(shù)字化技術(shù) 現(xiàn)代雷達(dá)處理技術(shù)也不斷向著數(shù)字化、智能化、軟件化、模塊化的方向發(fā)展,并且應(yīng)用范圍也顯著擴(kuò)大。

4.2 雷達(dá)信號處理的多功能應(yīng)用 雷達(dá)信號處理的應(yīng)用領(lǐng)域較多,涉及氣象、空間衛(wèi)星、航空等諸多領(lǐng)域。用于汽車、手機(jī)等裝置的跟蹤定位；用于接收信號,如衛(wèi)星電視等；用于環(huán)境監(jiān)測、天氣預(yù)報(bào)等的天氣雷達(dá)。

4.3 雷達(dá)信號處理算法的發(fā)展 在20世紀(jì)80年代后,自適應(yīng)波束形成算法被提出,在雷達(dá)中得到了廣泛應(yīng)用,后來又出來了DBSCAN聚類算法、雷達(dá)信號處理PD算法等。

5 總結(jié)

在科學(xué)技術(shù)不斷加速的背景下,現(xiàn)代雷達(dá)信號處理技術(shù)會越發(fā)完善,并且在應(yīng)用領(lǐng)域的范圍也會逐漸擴(kuò)大,未來雷達(dá)信息處理發(fā)展前景一片大好。現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)可以更好為人民和社會創(chuàng)造價(jià)值。