馬 超， 王 丹， 李毓琦

（上海無線電設(shè)備研究所，上海200090）

0 引言

采用高、中PRF脈沖多普勒體制的主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭，當(dāng)目標(biāo)回波延遲時(shí)間大于脈沖重復(fù)周期時(shí)，導(dǎo)引頭測量彈目距離時(shí)產(chǎn)生距離模糊。由于主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭采用收發(fā)共用天線，目標(biāo)回波由一個(gè)重復(fù)周期移動(dòng)到相鄰一個(gè)重復(fù)周期時(shí)，目標(biāo)回波信號落在脈沖發(fā)射期間，此時(shí)接收機(jī)和天線饋線系統(tǒng)間是“斷開”的，導(dǎo)引頭不能接收目標(biāo)回波，而產(chǎn)生距離遮擋效應(yīng)。因此脈沖多普勒雷達(dá)一般采用多重脈沖重復(fù)頻率工作方式［1］，通過改變發(fā)射波形重頻，增大導(dǎo)引頭最大可測單值彈目距離；且發(fā)射脈沖重復(fù)頻率不同，其遮擋距離亦不同，因此通過改變發(fā)射脈沖重復(fù)頻率，避免發(fā)生距離遮擋效應(yīng)。

常用的變重頻解模糊方法有余差查表法和一維集篩選法［2～4］。由于余差查表法對噪聲和距離量化誤差較敏感，余差查表法不能滿足高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)情況下測量彈目距離的要求。本文通過仿真、分析一維集篩選法測量高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)距離的特性，驗(yàn)證了一維集篩選法可用于解高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)距離模糊，且此方法對噪聲和距離量化誤差不敏感，能夠滿足高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)測距的要求。

1 余差查表法

1.1 余差查表法原理

余差查表法是利用目標(biāo)在不同重復(fù)頻率上的余數(shù)（視在距離）之差進(jìn)行解模糊。此方法是選擇目標(biāo)在某一重頻上的余數(shù)作為基準(zhǔn)，將其它各重頻上的余數(shù)與基準(zhǔn)相減，所得之差作為查找表中的查找項(xiàng)，與余差表進(jìn)行匹配，在滿足一定測量誤差的情況下，可以快速地得到目標(biāo)真實(shí)距離。

1.2 余差查表法局限性分析

余差查表法解模糊的關(guān)鍵在于生成目標(biāo)所在基準(zhǔn)重頻視在距離門與其他重頻視在距離門差值。脈沖多普勒雷達(dá)導(dǎo)引頭發(fā)射兩種重頻脈沖信號中間具有時(shí)間間隔，在此過程中目標(biāo)已移動(dòng)距離為

式中：v為彈目相對速度；t1為導(dǎo)引頭相干積累時(shí)間；t2為目標(biāo)檢測時(shí)間。

生成的查找表項(xiàng)在余差表中能夠找到匹配項(xiàng)是解距離模糊成功的條件，即兩種發(fā)射重頻脈沖所測的目標(biāo)距離在同一個(gè)距離門內(nèi)，需要滿足：

式中：ΔR 為兩種重頻脈沖間隔內(nèi)目標(biāo)移動(dòng)距離；Rg為導(dǎo)引頭系統(tǒng)距離波門長度。

脈沖多普勒主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭設(shè)計(jì)中，t1、t2、Rg一般固定不變，因此當(dāng)彈目相對速度增大到一定程度，式（2）不再滿足，則余差查表法不能正確解出距離模糊。

2 一維集篩選法

2.1 一維集篩選法原理

一維集篩選法，首先選定一個(gè)重頻為基準(zhǔn)重頻，由該重頻的視在距離和所有可能模糊度，列出所有可能的距離值集合。在不考慮測距誤差的情況下，目標(biāo)真實(shí)距離一定在這組集合中。然后再以其他不同重頻觀測得到的視在距離作為檢驗(yàn)項(xiàng)，篩選出目標(biāo)真實(shí)距離。

2.2 一維集篩選法步驟

假定通過n 重頻解距離模糊，各重頻周期對應(yīng)的最大不模糊距離為Ru1，Ru2，…，Run，目標(biāo)在各個(gè)重頻上的視在距離依次為R1，R2，…，Rn，并假定雷達(dá)最大探測距離為Rmax。

步驟1：選定一個(gè)重頻為基準(zhǔn)重頻，假設(shè)第一個(gè)重頻為基準(zhǔn)重頻，則計(jì)算列出基準(zhǔn)重頻下所有可能的目標(biāo)距離為

式 中：xi＝R1+iRu1；i ＝0，1，…，m；m ＝int（Rmax／Ru1）為 最 大 模 糊 度；int［…］為 取 整運(yùn)算。

步驟2：計(jì)算由基準(zhǔn)重頻產(chǎn)生的各個(gè)距離對其他重頻最大不模糊距離的余數(shù)，得到各重頻下一組余數(shù)為

其中：

步驟3：比較上一步得出di與其他重頻檢測得到的視在距離。其中其他重頻檢測得到的視在距離為R ＝［R2，R3，…，Rn］T。由ei＝di-R，得到誤差矩陣為

步驟4：在‖e0‖，‖e1‖，…，‖em‖ 中尋找最小值，若‖ek‖ 值最小，則k 為目標(biāo)真實(shí)模糊度，由此得到目標(biāo)真實(shí)距離R＝R1+kRu1。

3 計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證

以某脈沖多普勒雷達(dá)導(dǎo)引頭為例，假定導(dǎo)引頭工作方式為順序循環(huán)發(fā)射八種重復(fù)頻率脈沖，八種重復(fù)頻率脈沖對應(yīng)的距離波門個(gè)數(shù)依次為56、51、47、43、41、39、33、29，導(dǎo)引頭最大作用距離為400個(gè)距離波門。主動(dòng)導(dǎo)引頭發(fā)射脈沖寬度8個(gè)距離波門，假定目標(biāo)反射脈沖落入發(fā)射脈沖期間，導(dǎo)引頭信號處理機(jī)檢測不到目標(biāo)視在距離，即沒有可用目標(biāo)距離門信息，則該重頻不參與解距離模糊。

設(shè)定仿真條件為，目標(biāo)檢測時(shí)間T ＝t1+t2，系統(tǒng)一個(gè)距離波門寬度為Rg，彈目相對速度v＝Rg／T，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)初始距離設(shè)為400個(gè)距離波門，運(yùn)動(dòng)結(jié)束距離為8個(gè)距離波門。并設(shè)定余差查表法選取二種不同重復(fù)頻率脈沖解模糊，一維集篩選法用選取三種不同重復(fù)頻率脈沖解模糊。

（1）彈目相對速度取0.8v

當(dāng)彈目速度取0.8v，彈目相對運(yùn)動(dòng)過程中導(dǎo)引頭可檢測目標(biāo)次數(shù)為N＝491幀。分別仿真余差查表法、一維集篩選法解模糊結(jié)果，如表1所示。

表1 彈目速度0.8v時(shí)仿真結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表1中所述數(shù)據(jù)匹配準(zhǔn)則采用8取2準(zhǔn)則，即近8幀中有2幀以上解出彈目距離相同，則輸出該目標(biāo)距離。從表1 中得出一維集篩選解模糊效率是余差查表法的20.2倍。圖1為余差查表法測得距離與目標(biāo)真實(shí)距離對比。

圖2為一維集篩選法測得距離與目標(biāo)真實(shí)距離對比。

（2）彈目相對速度取1.1v

當(dāng)彈目速度取1.1v，彈目相對運(yùn)動(dòng)過程中導(dǎo)引頭檢測目標(biāo)次數(shù)為N＝357次。分別仿真余差查表法、一維集篩選法解模糊結(jié)果，如表2所示。 從表2看出余差查表法已喪失解距離模糊能力，一維集篩選法測距結(jié)果與目標(biāo)真實(shí)距離對比如圖3所示。357次。仿真一維集篩選法解模糊結(jié)果，如表3所示。

圖1 彈目速度0.8v時(shí)余差查表法仿真結(jié)果

圖2 彈目速度0.8v時(shí)一維集篩選法仿真結(jié)果

圖3 彈目速度1.1v時(shí)一維集篩選法仿真結(jié)果

表2 彈目速度1.1v時(shí)仿真結(jié)果統(tǒng)計(jì)

當(dāng)添加隨機(jī)測距誤差時(shí)，一維集篩選法測距結(jié)果與目標(biāo)真實(shí)距離對比如圖4所示。

表3 彈目速度1.1v添加測距誤差時(shí)仿真結(jié)果

圖4 彈目速度1.1v且添加測距誤差時(shí)一維集篩選法仿真結(jié)果

4 結(jié)束語

通過計(jì)算機(jī)仿真對比余差查表法和一維集篩選法解距離模糊，驗(yàn)證了在一維集篩選法比余差查表法解模糊法效率高，容錯(cuò)性好。彈道導(dǎo)彈飛行末端的速度較高，在針對高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，采用高、中PRF 的脈沖多普勒體制的主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭可以采用一維集篩選法測量彈目距離，通過變換發(fā)射波形重復(fù)頻率完成無時(shí)域遮擋的距離跟蹤。

［1］ 吳韓平，等，譯.George W.Stimson 機(jī)載雷達(dá)導(dǎo)論（第二版）［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

［2］ 周閏.余差查表法解單目標(biāo)距離模糊的分析和仿真［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2002，5（24）：30-31.

［3］ Trunk，Brockett.Range and Velocity Ambiguity Resolution［C］∥The Record of 1993IEEE International Radar Conference，1993：146-149.

［4］ 李萌輝，李明.基于一維集搜索方法的PD 雷達(dá)解距離模糊高效算法［J］.電子信息對抗技術(shù)，2010，5（25）：22-25.