王中杰，劉海軍，黃 煒

(南京電子技術(shù)研究所， 南京 210039)

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·信號/數(shù)據(jù)處理·

一種雷達(dá)陣地優(yōu)化的新方法

王中杰，劉海軍，黃 煒

(南京電子技術(shù)研究所， 南京 210039)

由于雷達(dá)所處的陣地環(huán)境各種各樣，很容易造成測量高度出現(xiàn)誤差，現(xiàn)代雷達(dá)要提高不同陣地環(huán)境下測高精度。文中分析了測高原理，研究了引起測高誤差的因素。根據(jù)情報(bào)類雷達(dá)工作特點(diǎn)，提出利用修正補(bǔ)償數(shù)據(jù)方法解決不同陣地環(huán)境下測高誤差問題，建立了實(shí)用的數(shù)學(xué)模型，給出了準(zhǔn)確的算法，并應(yīng)用于不同陣地的雷達(dá)。實(shí)踐結(jié)果表明：應(yīng)用該方法大大提高了雷達(dá)測高的準(zhǔn)確度，更加精確獲得空中情報(bào)信息，且具有通用性，操作簡單方便，易掌握。

陣地優(yōu)化；測高；補(bǔ)償數(shù)據(jù)

0 引 言

現(xiàn)代雷達(dá)不僅要解決“看得見”的問題，還要解決“看得準(zhǔn)”的問題?！翱吹脺?zhǔn)”指的是目標(biāo)參數(shù)估計(jì)或目標(biāo)參數(shù)提取準(zhǔn)確。目標(biāo)參數(shù)包括目標(biāo)的距離、方位、高度和速度等。其中，目標(biāo)高度是雷達(dá)觀測的一項(xiàng)重要指標(biāo)，日益引起我軍重視。于是，針對提高雷達(dá)測高精度的陣地優(yōu)化措施也更多地被提及[1-3]。

對于固定體制的雷達(dá)，提高測高精度，一般方法是提高雷達(dá)水平精度，提高通道幅相一致性(針對多通道雷達(dá))，但這些方法只適用于較好陣地條件下的測高需求。由于雷達(dá)工作性質(zhì)，常會架設(shè)在有障礙物地區(qū)，由于折射或多路徑效應(yīng)引起的測高誤差，不能用上述方法解決[4]。針對實(shí)際地形，利用“補(bǔ)償數(shù)據(jù)”的方法，可以有針對性的對雷達(dá)測高進(jìn)行靈活修正。

1 測高原理

測量雷達(dá)目標(biāo)高度的關(guān)鍵是計(jì)算目標(biāo)的俯仰角。如果這個角度已知，則目標(biāo)的高度可以用下面的公式算出

Ht=Rsinθt+Ha+R2/2kr

(1)

式中：Ht為目標(biāo)高度；R為從雷達(dá)到目標(biāo)的距離；θt為目標(biāo)的俯仰角；Ha為雷達(dá)天線架設(shè)高度；r為地球曲率半徑；k為大氣標(biāo)準(zhǔn)折射系數(shù)，kr的值大約等于8 496 km[5-6]。測高示意圖如圖1所示。

圖1 雷達(dá)測高示意圖

多波束一維相掃雷達(dá)在垂直面上有多個接收波束，相鄰兩個波束有一定的重疊，對應(yīng)每個波束有一路接收機(jī)，各路接收機(jī)的增益是一致的[7]。

2 補(bǔ)償數(shù)據(jù)原理

雷達(dá)在使用前，要進(jìn)行水平標(biāo)校，作為雷達(dá)觀測目標(biāo)的基準(zhǔn)。在相對于雷達(dá)的特殊方位，如有山頭、樹木

等，會嚴(yán)重引起雷達(dá)測高誤差。這種誤差，一般是系統(tǒng)性的，相對穩(wěn)定。可以在有先驗(yàn)測高誤差的情況下，建立一組測高補(bǔ)償數(shù)據(jù)，來修正由陣地環(huán)境引起的固定方位的測高誤差[8-10]。

測高，本質(zhì)是測得目標(biāo)相對于雷達(dá)的仰角，因此，補(bǔ)償仰角數(shù)據(jù)能直接把修正值帶入到雷達(dá)測高系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起來簡單、方便。建立一個仰角補(bǔ)償數(shù)據(jù)文件，每一個補(bǔ)償數(shù)據(jù)對應(yīng)明確的方位。在沒有先驗(yàn)測高誤差情況下，所有數(shù)據(jù)置零(或者根據(jù)雷達(dá)自身工作性質(zhì)和體制，進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化)。當(dāng)雷達(dá)工作后，收集所有觀測方位目標(biāo)的測高信息，進(jìn)行系統(tǒng)分析。如果某特殊方位出現(xiàn)系統(tǒng)性測高偏差，并且這種偏差不隨時間變化而改變，即可以用補(bǔ)償仰角數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行修正。

3 案例

方位360°機(jī)械掃描、俯仰電子掃描的某空中情報(bào)雷達(dá)，在90°～150°方位上觀測到一次雷達(dá)比二次雷達(dá)目標(biāo)普遍偏低，其中在方位為120°偏差最大，距離200km～300km內(nèi)偏低1 000m左右，其他方位測高正常。觀察地形圖，在此方位內(nèi)十幾千米處有山，略高于雷達(dá)陣地。

3.1 建立補(bǔ)償數(shù)據(jù)文件

建立一個全方位的補(bǔ)償數(shù)據(jù)文件，每2°設(shè)置一個補(bǔ)償數(shù)據(jù)，共180個數(shù)據(jù)。由于此型雷達(dá)天線方位上機(jī)械掃描，在旋轉(zhuǎn)過程中，天線陣面俯仰會產(chǎn)生一個結(jié)構(gòu)性變化，這種變化是由天線重心不在旋轉(zhuǎn)軸上造成的。其俯仰角度值如圖2所示，橫坐標(biāo)為補(bǔ)償數(shù)據(jù)序號，縱坐標(biāo)為天線陣面俯仰角度值，以分為單位。雷達(dá)在數(shù)據(jù)處理中引用了此文件進(jìn)行測高計(jì)算，因此，修改此文件即可以進(jìn)行測高的修正。

圖2 修改前的橫向數(shù)據(jù)

3.2 修改補(bǔ)償數(shù)據(jù)文件

(1)確定90°～150°方位范圍對應(yīng)的補(bǔ)償數(shù)據(jù)，是第45～75個數(shù)據(jù)。

(2)確定補(bǔ)償數(shù)據(jù)修正值大小。

以第60個數(shù)據(jù)為中心，修改這31個調(diào)平數(shù)據(jù)。第60個數(shù)據(jù)在原來基礎(chǔ)上加14(稱為β60，關(guān)于修改值的大小，后面會介紹)，從這個數(shù)據(jù)開始往正負(fù)方向加的數(shù)據(jù)依次減小，逐漸減小到0，即β45=β75=0。使調(diào)平數(shù)據(jù)呈現(xiàn)圖3的趨勢。

圖3 修改后的橫向數(shù)據(jù)

下面再來說明修改數(shù)據(jù)的大小，即β值的確定。

由于數(shù)據(jù)修改是在原來測高數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上進(jìn)行，為計(jì)算簡單，可以忽略地球曲率，把大地坐標(biāo)看作平面(誤差不大于5%，滿足此型雷達(dá)對測高誤差的要求)。圖4中O為雷達(dá)位置，C為目標(biāo)真實(shí)位置，B為橫向數(shù)據(jù)修改前雷達(dá)觀測到目標(biāo)位置，A為目標(biāo)在水平地面投影，D為目標(biāo)水平距離，H為雷達(dá)觀測到目標(biāo)的高度，h為高度差。需要確定的是圖中h。三角形OBC為鈍角三角形，但在D?H時，角OBC非常接近直角，R≈D，我們用D代替R，把三角形OBC看成直角三角形，這樣計(jì)算結(jié)果誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于雷達(dá)測高允許的誤差(誤差不大于2%，滿足此型雷達(dá)對測高誤差的要求)。如果D=250 km,H=8,h=1，則β=arctan(h/R)=0.229°=13.7′。這就是需要修改的橫向數(shù)據(jù)的值。

圖4 雷達(dá)與目標(biāo)相對位置簡圖

3.3 修改后的測高

利用上述方法對一條航線進(jìn)行了補(bǔ)償數(shù)據(jù)修正。結(jié)果顯示，修正后，測高誤差的均方根從580m下降到158m，誤差均方根減小了73%，如圖5所示。解決了特殊環(huán)境下測高不準(zhǔn)的難題。

圖5 修正前后測高誤差圖

3.4 關(guān)于補(bǔ)償數(shù)據(jù)修正值的正負(fù)

由于補(bǔ)償數(shù)據(jù)代表的是天線陣面的俯仰值，因此，如果測高偏低，修正數(shù)據(jù)應(yīng)為正值；反之，如果測高偏高，修正數(shù)據(jù)則為負(fù)值。

4 結(jié)束語

本文緊貼一線雷達(dá)使用實(shí)際情況，詳細(xì)分析了在特殊陣地條件下，由于陣地環(huán)境影響測高誤差的表現(xiàn)，提出了通過建立修正補(bǔ)償數(shù)據(jù)解決測高誤差問題的方法，并給出了詳細(xì)的算法。這種方法在此前文章中未曾發(fā)現(xiàn)。此方法不需要增加任何硬件成本，只需在軟件算法上稍加改進(jìn)，即可完成。此方法已應(yīng)用于多套雷達(dá)，均取得很好的效果。

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王中杰 男，1980年生，碩士，工程師。研究方向?yàn)槔走_(dá)系統(tǒng)集成。

劉海軍 男，1982年生，工程師。研究方向?yàn)槔走_(dá)系統(tǒng)集成。

黃 煒 男，1977年生，高級工程師。研究方向?yàn)槔走_(dá)系統(tǒng)集成和工程化設(shè)計(jì)。

A New Method of Radar Position Optimization

WANG Zhongjie，LIU Haijun，HUANG Wei

(Nanjing Research Institute of Electronics Technology, Nanjing 210039, China)

The height measured by radar is different under the different positional condition. Modern radar neads to improve the height measurement accuracy. The principle that how the height is measured and various factors which can cause the height error is analysed. According to working characteristic of intelligence radar,the method of revising compensating data is first raised to resolve measurement error under the different positional condition by practical mathematics model and precise algorithm. The practice shows that the measuring accuracy is greatly enhanced and intelligence information gotten from the air is more accurate by this method, which is universal and simple to handle.

position optimization; height measurement; revise data

10.16592/ j.cnki.1004-7859.2015.09.006

王中杰 Email：83639537@qq.com

2015-04-22

2015-07-18

TN

A

1004-7859(2015)09-0026-03