摘 要：為了解決距離模糊的問題，脈沖多普勒(PD)雷達(dá)采用多重脈沖重復(fù)頻率(PRF)的工作方式，解模糊最常用的算法是中國余數(shù)定理法，但在有測(cè)量誤差時(shí)，解模糊的結(jié)果誤差會(huì)很大。本文闡述了基于冗余思想的一種解模糊算法，由于只計(jì)算各重視在距離與基準(zhǔn)視在距離間的方差，使參照值相應(yīng)增多，可能錯(cuò)解的表值組合大大減少，從而提高了目標(biāo)識(shí)別的精度。

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關(guān)鍵詞：PD雷達(dá);解模糊;算法;冗余

中圖分類號(hào)：TN95 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004373X(2008)0109902

Algorithm of Range Ambiguity Resolution for PD Radar Based on Redundancy

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QI Fufeng，LI Shuhua

(Qingdao Branch，Naval Aeronautical Engineering Academy，Qingdao，266041，China)

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Abstract：A multiple Pulse Repetition Frequency(PRF) mode is used in Pulse Doppler(PD) radar for range ambiguity resolution.An algorithm of ambiguity resolution is usually Chinese Remainder Theory.But the error of ambiguity resolution in the presence of measurement error is very big.This paper describes algorithm of range ambiguity resolution based on redundancy.Because it calulates variance betwen PRT and datum PRT，increases reference value and decreases worng table value to improve the precise of target recognition.

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Keywords：PD radar;ambiguity resolution;algorithm;redundancy

在脈沖多普勒(PD)雷達(dá)中常常會(huì)遇到解速度模糊和距離模糊的問題。當(dāng)目標(biāo)回波延遲時(shí)間大于發(fā)射脈沖的重復(fù)周期時(shí)，采用高、中PRF的脈沖多普勒雷達(dá)會(huì)產(chǎn)生距離模糊。類似地，當(dāng)因目標(biāo)移動(dòng)引起的多普勒頻率大于發(fā)射脈沖的重復(fù)頻率時(shí)，會(huì)產(chǎn)生速度模糊。雷達(dá)系統(tǒng)中可采用組變PRF的工作模式，用多PRF解模糊目前己有若干種的方法，并可同時(shí)適用于解速度模糊和距離模糊。最常用的解模糊算法是中國余數(shù)定理法，其本質(zhì)就是解同余式組，但局限性是他在整數(shù)環(huán)內(nèi)求解，在有測(cè)量誤差時(shí)，解模糊的結(jié)果誤差很大，為了避免模糊并消除由此而產(chǎn)生的目標(biāo)丟失現(xiàn)象，可采用冗余的解模糊算法。

1 PD雷達(dá)的解距離模糊

1.1 測(cè)距模糊

為了提高檢測(cè)性能，PD雷達(dá)常采用高、中PRF信號(hào)，以便在頻率域獲得足夠?qū)挼臒o雜波區(qū)。當(dāng)脈沖重復(fù)頻率很高時(shí)，對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)射脈沖產(chǎn)生的回波可能要經(jīng)過幾個(gè)周期以后才能被接收到，如圖1所示。

圖中對(duì)應(yīng)目標(biāo)的真實(shí)距離是R，而按照常規(guī)方法讀出的目標(biāo)距離是A，產(chǎn)生的誤差是:

上述這種由于目標(biāo)回波的延遲時(shí)間可能大于脈沖重復(fù)周期，使收、發(fā)脈沖的對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)生混亂，同一距離讀數(shù)可能對(duì)應(yīng)幾個(gè)目標(biāo)真實(shí)距離的現(xiàn)象叫做測(cè)距模糊，距離讀數(shù)A叫做模糊距離。

1.2 距離模糊的解算

多重PRT工作方式解模糊的原理是同余定理。主要是利用幾種不同的脈沖重復(fù)頻率信號(hào)測(cè)距，首先順序用各個(gè)重復(fù)頻率測(cè)出對(duì)應(yīng)的模糊距離，再將這些測(cè)量值加以比較或計(jì)算處理，得到無模糊的真實(shí)距離。

對(duì)于一般的k重PRF測(cè)距系統(tǒng)，在重復(fù)周期T1，T2，…，Tk入中分別排滿m1，m2，…，mk個(gè)波門，且他們的波門寬度均為TG。不失一般性，可設(shè)m1＞m2＞…＞mk。如果測(cè)量到對(duì)應(yīng)k種PRF的模糊距離分別為A1，A2，…，Ak(Ai

解模糊的過程本質(zhì)上是在求解同余方程組，數(shù)論中的同余定理可以給出真實(shí)距離和觀測(cè)矢量間的解析關(guān)系，顯然可以用于解決這一問題，但是同余定理要求PRT兩兩即約，如果觀測(cè)矢量存在誤差，則計(jì)算結(jié)果的誤差會(huì)很大。

2 基于冗余思想的解算方法

在信號(hào)檢測(cè)、模式識(shí)別或目標(biāo)跟蹤等領(lǐng)域，信息之間的冗余性可以確保測(cè)量系統(tǒng)在劣變狀態(tài)下工作時(shí)仍有較好的結(jié)果。也就是說，信息冗余性保證了測(cè)量系統(tǒng)在某一環(huán)節(jié)或局部失效的情況下不會(huì)對(duì)整個(gè)目標(biāo)識(shí)別的結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。由于冗余性意味著目標(biāo)回波提供的對(duì)象信息之間是高度相關(guān)的、重復(fù)的，因而利用冗余信息能夠提高目標(biāo)識(shí)別的精度，增加其可靠性。

2.1 冗余設(shè)計(jì)的基本思想

經(jīng)典的余數(shù)定理算法簡(jiǎn)單易行，但有測(cè)量誤差時(shí)，解模糊的結(jié)果誤差很大?；谌哂嗟慕馑惴椒ㄖ挥?jì)算各重視在距離(即模糊距離)與基準(zhǔn)視在距離間的方差，而不是相互之間的視在距離方差。但由于可利用的視在距離較多，這種算法的參照值也相應(yīng)增多，故可能錯(cuò)解的表值組合大大減少，因此錯(cuò)解的可能性也大大減少。

2.2 算法基本原理

這種算法是利用目標(biāo)在各重PRT上的余數(shù)(即視在距離)之差(可為負(fù)值)進(jìn)行解模糊。選擇其中一重PRT，以目標(biāo)在該P(yáng)RT上得到的余數(shù)作為基準(zhǔn)，將其他各重PRT上的余數(shù)與基準(zhǔn)相減，所得之差作為查找表中的查找項(xiàng)。

如4重PRT的系統(tǒng)，重復(fù)周期分別為PRTi，(i=1，2，3，4)。當(dāng)目標(biāo)處于某距離單元R(真實(shí)距離)時(shí)，他在各重PRT上的余數(shù)(即視在距離)為:



式中ki為模糊的PRTi數(shù)(整型模糊數(shù))；%為求余數(shù)。

因此有：

可以證明，當(dāng)k1，k2，k3，k4為最小的互質(zhì)整數(shù)時(shí)，他們與R是惟一對(duì)應(yīng)的。即當(dāng)選取適當(dāng)?shù)莫玃RT組合，以保證k1，k2，k3，k4能夠互質(zhì)的情況下，如果測(cè)得目標(biāo)在各重PRT上的余數(shù)，就可以惟一地求出目標(biāo)的真實(shí)距離R。

2.3 解算過程

雷達(dá)在進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)時(shí)，為提高運(yùn)算速度，保證解算的實(shí)時(shí)性，可將各重PRT上的余數(shù)之差做成表存儲(chǔ)起來，解算時(shí)直接通過查表來得到。表的內(nèi)容可以這樣確定，如以第一重復(fù)周期作為基準(zhǔn)周期，則表內(nèi)存儲(chǔ)的每一個(gè)表項(xiàng)為(A2，n，A3，n，A4，n，k1，n)，其中表的值A(chǔ)i，n=Ai-A1(i=2，3，4)表示某一段距離單元在各重PRT上的余數(shù)之差，n表示余差表中的第n組表項(xiàng)，表值k1.n是該距離單元在基準(zhǔn)PRT上的模糊數(shù)k1。這里，對(duì)于某個(gè)余數(shù)差值的組合，其基準(zhǔn)PRT的模糊數(shù)k1的值是惟一的。

這樣，每組表項(xiàng)中共有4個(gè)表值，前3個(gè)代表某段距離單元上目標(biāo)視在距離的差值，第四個(gè)為基準(zhǔn)PRT的模糊距離數(shù)。當(dāng)?shù)玫揭唤M視在距離單元時(shí)，即以其中第一個(gè)重復(fù)周期(PRT)上的視在距離為基準(zhǔn)，用其他各重復(fù)周期上的視在距離與其之差作為查找依據(jù)，在事先已存好的表中進(jìn)行查找，就可得到第一重PRT對(duì)應(yīng)的距離單元段值為N1，則最終可以得到真實(shí)距離：

在查表的過程中，以視在距離計(jì)算出的差值與表值之間的絕對(duì)差值最小為準(zhǔn)則。

3 結(jié) 語

在一個(gè)k重PRF的系統(tǒng)中，在不考慮距離盲區(qū)的情況下，目標(biāo)存在k個(gè)視在距離(模糊距離)，而由這k個(gè)視在距離中的任意n個(gè)(2≤n≤k)，去查相應(yīng)的n 重表，都可以匹配得到目標(biāo)的真實(shí)距離R。因此，由查表法解距離模糊的已知條件是有冗余，恰恰也正是利用了這種冗余來提高目標(biāo)識(shí)別的精度。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］張明友，汪學(xué)剛.雷達(dá)系統(tǒng)[M].2版，北京：電子工業(yè)出版社，2006.

［2］張代忠， 洪一， 邱煒.脈沖多普勒雷達(dá)中的解模糊算法及實(shí)現(xiàn)[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2004，2(5):293-297，314.

［3］雷文，龍騰，曾濤，等.一種脈沖多普勒雷達(dá)解距離模糊的新算法[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，19(3)：357-360.

［4］Trunk G，Brockett S.Range and Velocity Ambiguity Resolution[C].Rec.1993 IEEE National Radar Conference，1993:146-149.

［5］王珍熙.可靠性、冗余及容錯(cuò)技術(shù)[M].北京:航空工業(yè)出版社，1991.

［6］師琳，代延民，劉光斌.PD雷達(dá)欺騙干擾方法淺析[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2003，26(22):42-44.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”