周 濤,周鈺鑫

(解放軍91404部隊(duì),河北 秦皇島 066001)

基于全去斜率接收技術(shù)的雷達(dá)距離成像

周 濤,周鈺鑫

(解放軍91404部隊(duì),河北 秦皇島 066001)

針對(duì)掠海環(huán)境條件下目標(biāo)高分辨率距離成像的問題,提出了基于全去斜率接收技術(shù)的雷達(dá)距離成像方法。該方法將全去斜率接收處理技術(shù)與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度補(bǔ)償相結(jié)合,并綜合采用了DSPA數(shù)字脈壓和Hamming加權(quán)算法,不僅縮減了回波信號(hào)帶寬,減少了信號(hào)處理工作量,而且消除了目標(biāo)速度對(duì)回波相位的影響,降低了目標(biāo)距離副瓣電平。經(jīng)外場(chǎng)動(dòng)態(tài)實(shí)測(cè),實(shí)現(xiàn)了對(duì)海上船只的一維距離成像。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了方法的可行性與實(shí)用性。該方法為外場(chǎng)雷達(dá)目標(biāo)一維距離成像測(cè)量研究提供了有效途徑。

散射截面;線性調(diào)頻;stretch處理;高分辨率距離像;數(shù)字信號(hào)處理

通常雷達(dá)所能提供的目標(biāo)信息,絕大多數(shù)僅限于目標(biāo)的距離、方位、仰角(或高度)、徑向速度等。根據(jù)這些信息無(wú)法解決目標(biāo)識(shí)別的問題,還應(yīng)當(dāng)結(jié)合目標(biāo)自身的有關(guān)特征和信息,諸如形狀、大小,以及其它可以應(yīng)用的特征信息。雷達(dá)目標(biāo)特征信號(hào)隱含于雷達(dá)回波(復(fù)數(shù)值)之中,通過對(duì)雷達(dá)回波的幅度和相位的處理、分析和變換,可以得到諸如雷達(dá)散射截面(RCS)及其統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)、散射中心分布等參量。

對(duì)于較復(fù)雜的目標(biāo)在小于遠(yuǎn)場(chǎng)距離處測(cè)量,距離因子影響較小。在高頻時(shí),目標(biāo)各部分的能量與其它部分的散射能量幾乎無(wú)關(guān),各部分散射幅度的大小對(duì)測(cè)量距離不敏感[1]。為此我們常在小于遠(yuǎn)場(chǎng)距離處測(cè)量。目標(biāo)高分辨率距離像的獲取僅需采用普通寬帶雷達(dá)技術(shù),而且這種寬帶雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟[2]。對(duì)于外場(chǎng)單站雷達(dá)而言,我們關(guān)心的是后向散射功率,即面向雷達(dá)接收機(jī)方向的二次散射功率,有時(shí)也稱為反射功率。一個(gè)外形復(fù)雜的目標(biāo),它的后向散射能量的大小是隨著一些參數(shù)變化的,這些參數(shù)包括雷達(dá)的發(fā)射波長(zhǎng)、目標(biāo)的幾何尺寸和外形、目標(biāo)的姿態(tài)和反射性能等。目標(biāo)高分辨距離像(HRRP)特性是目標(biāo)識(shí)別的有效特征。采用全去斜率接收技術(shù),對(duì)目標(biāo)RCS進(jìn)行測(cè)量與處理,形成高分辨距離像,可以找出目標(biāo)的關(guān)鍵散射點(diǎn),用于雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別、艦船隱身和雷達(dá)電子對(duì)抗。

1 全去斜率接收原理

雷達(dá)由頻率合成器產(chǎn)生發(fā)射波形,經(jīng)射頻放大器提供射頻增益將激勵(lì)信號(hào)放大至雷達(dá)天線。接收機(jī)對(duì)雷達(dá)回波進(jìn)行放大、濾波、下變頻和數(shù)字化。而發(fā)射波形選擇與接收處理方式相關(guān)聯(lián),其中接收機(jī)的去斜處理就是一項(xiàng)常用于處理寬帶線性調(diào)頻(LFM)波形的技術(shù)。

1.1 高分辨率波形選擇

就一維距離像成像方式選擇而言,可供選擇的高分辨率波形有:窄脈沖信號(hào)、脈沖線性調(diào)頻信號(hào)、相位編碼信號(hào)、頻率編碼信號(hào)以及階梯跳頻信號(hào)等,窄脈沖信號(hào)涉及毫微秒技術(shù)及毫微秒器件,工程實(shí)現(xiàn)較困難;相位編碼信號(hào)和頻率編碼信號(hào)編碼復(fù)雜,相應(yīng)的信號(hào)處理設(shè)備較為復(fù)雜;階梯跳頻信號(hào)雖然編碼簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn),但其成像時(shí)間較長(zhǎng),運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償復(fù)雜,數(shù)據(jù)率低;而脈沖線性調(diào)頻信號(hào)成像時(shí)間短,適合遠(yuǎn)距離寬帶成像?；谏鲜隹紤]并且對(duì)應(yīng)下面選擇的寬帶信號(hào)處理方式,本文研究探討的雷達(dá)波形是脈沖線性調(diào)頻信號(hào)。

1.2 全去斜率接收處理

對(duì)瞬時(shí)寬帶線性調(diào)頻信號(hào)的處理有幾種可選擇的方法,較為典型的有兩種。一種是直接壓縮處理,即按傳統(tǒng)接收處理方式,采用兩路正交(I、Q)的A/D變換對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行采樣,并進(jìn)行脈沖壓縮處理;寬帶信號(hào)的脈沖壓縮如果采用直接壓縮法,要求接收機(jī)視頻帶寬寬、A/D采樣率高、數(shù)據(jù)量大;無(wú)論是用模擬或是數(shù)字方法,工程實(shí)現(xiàn)難度相對(duì)大一些。另一種方法是采用全去斜率接收(stretch)處理技術(shù),其優(yōu)點(diǎn):一是經(jīng)過去斜處理后,輸出信號(hào)帶寬變小,可大大降低采樣率,從而降低了對(duì)A/D變換器的速率和內(nèi)存容量;二是脈壓僅需一次FFT運(yùn)算,且FFT的點(diǎn)數(shù)減小,要完成脈壓的運(yùn)算量也大大降低,工程上易于實(shí)現(xiàn)。因此,通常選擇全去斜率接收處理技術(shù)來(lái)處理寬帶信號(hào)。雷達(dá)全去斜率信號(hào)接收處理方法如圖1所示。

圖1 雷達(dá)去斜率信號(hào)處理圖

圖1中,SR(t)為回波信號(hào),SL(t)為全去斜率混頻器本振信號(hào)(稱為參考信號(hào)),Sf(t)為全去斜率混頻器輸出的中頻信號(hào),SN(n)為Sf(t)經(jīng)A/D變換后的數(shù)字信號(hào),它用于后端的成像處理。設(shè)所測(cè)目標(biāo)具有M個(gè)散射點(diǎn),若發(fā)射機(jī)發(fā)射的線性調(diào)頻信號(hào)如式(1)所示:

ST(t)=a(t)ej2π(f0t+kt2/2)

(1)

式中，f0為起始頻率,T為時(shí)寬,k為調(diào)頻斜率。設(shè)目標(biāo)具有M個(gè)散射點(diǎn),則寬帶回波信號(hào)SR(t)可表示為

(2)

其中，τi為第i個(gè)散射點(diǎn)回波距離延時(shí),fdi為第i個(gè)散射點(diǎn)的多普勒頻率。

(3)

去斜率混頻器的輸出為

Sf(t)=SR(t)·SL*(t)

(4)

將式(2)(3)代入式(4),可得

(5)

由于高分辨率距離像對(duì)姿態(tài)角的敏感性是由位于相同距離單元的不同橫向位置的各散射中心之間的相位干涉造成的,所以雷達(dá)對(duì)目標(biāo)視角的微小變化,會(huì)導(dǎo)致同一距離單元內(nèi)橫向位置不同的散射點(diǎn)的徑向距離差改變,從而使子回波的相位差發(fā)生明顯變化。式(5)是已考慮目標(biāo)散射點(diǎn)多普勒相位變化的結(jié)果。如果一本振信號(hào)的調(diào)頻斜率等于點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)的調(diào)頻斜率,去斜處理接收機(jī)輸出的是一個(gè)固定頻率。即便經(jīng)常采用的大帶寬百分?jǐn)?shù)可能使多普勒頻率在脈沖持續(xù)期內(nèi)變化較大,但去斜處理期間目標(biāo)多普勒頻率保持不變,其輸出頻率偏移等于這個(gè)多普勒頻率。事實(shí)上,目標(biāo)速度較低時(shí),只要考慮脈間的多普勒相位變化即可,因?yàn)槊}內(nèi)的各散射點(diǎn)多普勒相位相同,如在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償時(shí)采用恒定相位差消除,就可大大削弱這一影響而能正常成像。

2 一維成像速度補(bǔ)償

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)運(yùn)動(dòng)可分為平動(dòng)分量和轉(zhuǎn)動(dòng)分量,平動(dòng)分量為目標(biāo)姿態(tài)相對(duì)于雷達(dá)射線保持不變,在平面波照射的近似條件下,目標(biāo)上各散射點(diǎn)相對(duì)于雷達(dá)的距離變化量相同,即它們的子回波具有相同的多普勒,當(dāng)目標(biāo)只有平動(dòng)時(shí),它的距離像是不變的。實(shí)際上,當(dāng)我們測(cè)量海面上實(shí)體艦船時(shí),粗糙海面上艦船的運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的,即使在相干成像處理時(shí)段(一般幾秒)內(nèi)忽略船體形變,艦船的運(yùn)動(dòng)仍為剛體質(zhì)心平動(dòng)(縱蕩、橫蕩、垂蕩)和船體滾動(dòng)、俯仰顛簸和偏航轉(zhuǎn)動(dòng)合成的六自由度復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。若船體受到外力和力矩驅(qū)動(dòng),船體將是更高階的非平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。

2.1 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度對(duì)一維成像的影響

當(dāng)目標(biāo)徑向速度較高時(shí),目標(biāo)實(shí)體就可能非平穩(wěn)運(yùn)動(dòng),脈內(nèi)各散射點(diǎn)多普勒的差異不可忽略,這一差異可能會(huì)影響一維距離像。這時(shí)一維成像的關(guān)鍵在于速度補(bǔ)償。圖2給出了目標(biāo)不同運(yùn)動(dòng)速度對(duì)一維成像的影響。由圖2可見,隨著目標(biāo)速度的不斷提高,多普勒頻率引起的距離偏移逐漸變大,當(dāng)在外場(chǎng)測(cè)量快速小目標(biāo)時(shí)這種現(xiàn)象會(huì)更為明顯。

圖2 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度對(duì)一維距離像的影響

當(dāng)目標(biāo)徑向速度較高時(shí),多普勒頻率便會(huì)引起距離偏移,常用方法是由多普勒效應(yīng)測(cè)速原理,測(cè)出目標(biāo)回波的多普勒信號(hào)頻率fd由此求出V(t);并通過運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償確保波形失真較小,使這一影響不會(huì)太嚴(yán)重。

2.2 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度補(bǔ)償

對(duì)不同外形結(jié)構(gòu)、不同的飛行或航行速度的各類目標(biāo),要獲得高質(zhì)量的一維高分辨距離像,有時(shí)必須采取相應(yīng)措施進(jìn)行速度補(bǔ)償。這就要求徑向速度測(cè)量與RCS測(cè)量相結(jié)合,采用測(cè)速系統(tǒng)及算法程序得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)初速度的估算值及α,β的估計(jì)值,完成雷達(dá)截獲目標(biāo)徑向運(yùn)動(dòng)速度的估算。本文假設(shè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的徑向速度的運(yùn)動(dòng)規(guī)律V(t))為二次曲線:

V(t)=V+αt+βt2(t≥0)

(6)

在目標(biāo)截獲狀態(tài)時(shí),采用開環(huán)濾波獲得目標(biāo)的初始速度與初始位置。而濾波則采用變參數(shù)α-β濾波器,若取目標(biāo)截獲采用6周期截獲,其系數(shù)的計(jì)算公式為:

(7)

由此,雷達(dá)會(huì)在多個(gè)相繼不同的脈沖重復(fù)頻率的相干處理間隔中估算出徑向速度。

解決目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度補(bǔ)償?shù)闹饕夹g(shù)途徑是利用測(cè)速系統(tǒng)得到的目標(biāo)速度信息形成補(bǔ)償序列,與寬帶回波數(shù)據(jù)相乘,消除目標(biāo)速度對(duì)寬帶回波相位的影響。圖3為一種典型的帶有速度補(bǔ)償?shù)囊痪S成像原理圖。

圖3 一維成像原理框圖

徑向一維成像就是對(duì)完成運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)幕夭ㄟM(jìn)行相干積累,構(gòu)建目標(biāo)散射率的空間分布。本文的寬帶雷達(dá)成像,是以射頻端發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào),并在徑向進(jìn)行脈壓的脈內(nèi)相干積累。實(shí)際應(yīng)用中為了方便,常將復(fù)距離像直接取模,得到實(shí)數(shù)的一維距離像[3]。因此,對(duì)于采用去斜率混頻體制, 需對(duì)Sf(t)進(jìn)行A/D變換后再作FFT及求模處理(如圖3所示),即可得到這種處理方式下的目標(biāo)一維距離像。

3 對(duì)艦船一維距離成像

理論上,只要發(fā)射足夠窄的脈沖,通過記錄回波時(shí)間軸上的間隔就可以獲知目標(biāo)散射中心在雷達(dá)徑向距離上的分布狀況,但發(fā)射過窄的脈沖工程上不易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然,為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的高分辨率,要求雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的帶寬很高,這樣就對(duì)信號(hào)處理的硬件電路提出了很高的要求,同時(shí)也加大了信號(hào)處理軟件的工作量。為了消除這些不利影響,工程中采用了去斜率處理來(lái)降低回波信號(hào)的帶寬,從而減少信號(hào)處理的工作量。當(dāng)采用了脈沖壓縮技術(shù),一維距離像分辨率則由發(fā)射信號(hào)的帶寬決定。通過發(fā)射時(shí)采用線性調(diào)頻信號(hào),接收時(shí)采用Stretch技術(shù),使回波信號(hào)與具有同發(fā)射信號(hào)完全相同調(diào)制規(guī)律的本振信號(hào)進(jìn)行混頻,再經(jīng)相關(guān)信號(hào)處理就能夠獲得分辨率距離像。

3.1 基于全去斜率(stretch)的數(shù)字接收

由于水面艦船航速較低時(shí),脈內(nèi)各散射點(diǎn)多普勒相位相同,在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償時(shí)采用恒定相位差消除方法就可消除這一影響而能正常成像。當(dāng)艦船在較好的海況下,近于平穩(wěn)地徑向運(yùn)動(dòng)時(shí),多普勒頻率引起距離偏移波形失真較小。計(jì)算機(jī)仿真表明:目標(biāo)在脈內(nèi)移過的距離小于像素時(shí),對(duì)成像的影響不大。因此,在考慮運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償,并忽略脈內(nèi)各點(diǎn)多普勒相位的差異后,前面式(5)可寫成

(8)

其中,Δτi=τ0-τi,表示散射點(diǎn)同參考點(diǎn)之間的時(shí)延差。由(8)式可知每個(gè)散射點(diǎn)的回波信號(hào)瞬時(shí)相位為

(9)

其頻率為:

(10)

3.2 基于DSPA的數(shù)字脈壓

在數(shù)字接收機(jī)中,用轉(zhuǎn)換器對(duì)接收信號(hào)數(shù)字化,然后用數(shù)字信號(hào)處理完成I和Q下變頻到基帶。在許多系統(tǒng)中,用來(lái)提取I和Q基帶分量的模擬乘積檢波器已經(jīng)被數(shù)字下變頻技術(shù)所取代。數(shù)字下變頻的優(yōu)勢(shì)在于其性能不受模擬乘積檢波器硬件中存在的幅相不平衡限制?，F(xiàn)代用于外場(chǎng)測(cè)量的寬帶RCS雷達(dá) 通常是中頻采樣,這樣會(huì)使線性度更好;帶寬和采樣率更加靈活。而與中頻接收相關(guān)聯(lián)的信號(hào)處理,是基于CPCI總線構(gòu)設(shè)的嵌入式實(shí)時(shí)處理系統(tǒng),雷達(dá)信號(hào)處理的基本流程是由同步器向雷達(dá)主控機(jī)發(fā)送主控機(jī)調(diào)度脈沖中斷,雷達(dá)主控機(jī)讀取信號(hào)處理系統(tǒng)的處理結(jié)果,然后啟動(dòng)處理,處理結(jié)束后向各分系統(tǒng)發(fā)送下一調(diào)度周期的控制信息。信號(hào)處理插件上的DSPA(數(shù)字信號(hào)處理器)讀取主控機(jī)送來(lái)的控制信息,當(dāng)處理啟動(dòng)中斷到來(lái)時(shí),信號(hào)處理插件上的DSPA處理器,將錄取數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)錄取插件,并對(duì)上個(gè)周期的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字脈壓處理,然后對(duì)脈壓數(shù)據(jù)進(jìn)行窄帶數(shù)據(jù)處理(信號(hào)檢測(cè)、距離誤差提取、距離回路閉合、寬帶一維成像等處理);并將處理結(jié)果數(shù)據(jù),以一定的數(shù)據(jù)格式送給與主控機(jī)共享的雙端口RAM,由主控計(jì)算機(jī)讀出,由此便可分析確定目標(biāo)徑向范圍內(nèi)的諸多獨(dú)立的散射體。雷達(dá)一維距離像的信號(hào)處理框圖如圖4所示。

圖4 雷達(dá)信號(hào)處理框圖

數(shù)字脈壓實(shí)現(xiàn)有硬件和軟件兩種工作方式。而且,隨著DSP器件的發(fā)展,硬件實(shí)現(xiàn)在速度方面的優(yōu)勢(shì)也在逐步喪失,而采用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字脈壓具有很強(qiáng)的可塑性,通過軟件編程,實(shí)現(xiàn)不同的功能,同時(shí)易于系統(tǒng)擴(kuò)展。因此方案設(shè)計(jì)中,數(shù)字脈壓常常采用全軟件的工作方式。數(shù)字脈沖壓縮技術(shù)可通過對(duì)任意波形的數(shù)字卷積或通過對(duì)線性調(diào)頻波形進(jìn)行展寬處理來(lái)實(shí)現(xiàn)匹配濾波。作為時(shí)域卷積處理器的數(shù)字實(shí)現(xiàn),其計(jì)算量大;而頻域卷積從計(jì)算量的角度給出了一個(gè)更經(jīng)濟(jì)的方法,其數(shù)字脈壓的基本原理框圖如圖5所示,頻域處理是將通過數(shù)字下變頻后的復(fù)包絡(luò)輸入序列與匹配濾波器響應(yīng)序列的離散傅里葉變換相乘,這種處理適用于任何波形。

圖5 數(shù)字脈壓原理框圖

3.3 基于Hamming加權(quán)的艦船成像

因匹配濾波器輸出端的壓縮脈沖的主瓣有距離副瓣,距離副瓣會(huì)隱藏目標(biāo);對(duì)于線性調(diào)頻波形的情況,匹配濾波器后通常會(huì)跟隨一個(gè)加權(quán)濾波器以降低距離副瓣電平,在這種情況下,會(huì)有信噪比的損失[4]。

根據(jù)一維成像測(cè)量對(duì)距離向分辨率Δrs的要求確定瞬時(shí)射頻帶寬B,其關(guān)系為

(11)

由式(11)可見,射頻信號(hào)帶寬與距離分辨率存在反比關(guān)系。式中為c光速。實(shí)際測(cè)量中考慮到系統(tǒng)頻率特性對(duì)成像分辨率的影響,帶寬需要取較大一點(diǎn),一般取經(jīng)驗(yàn)值:

(12)

這里,取距離分辨率Δrs=5m,因此,可得B為39MHz。為了降低副瓣,采用Hamming加權(quán),Hamming加權(quán)的理論旁瓣電平為-42.6dB,-3dB的主瓣加寬系數(shù)為1.47,信噪比損失1.34dB,故為保證加權(quán)后仍滿足距離分辨率的要求,設(shè)計(jì)中通常選取瞬時(shí)射頻帶寬為45MHz。

外場(chǎng)對(duì)成像的精度驗(yàn)證一般采用主瓣寬度檢驗(yàn)法或峰值分布檢驗(yàn)法,方案采用的是后者即峰值分布檢驗(yàn)法:設(shè)置雷達(dá)系統(tǒng)工作在“一維成像”測(cè)量方式;按所選的分辨距離,架設(shè)雙標(biāo)準(zhǔn)體 (兩者間距小于或等于距離分辨率)并于雷達(dá)徑向方向?qū)ζ錅y(cè)量;由測(cè)量得到的兩個(gè)角反射體RCS峰值所對(duì)應(yīng)的分布距離,驗(yàn)證成像精度。本方案用木質(zhì)漁船并在其艏艉線以相距約5m的間距,架設(shè)兩只三面角反射體,其口面和軸心朝向船艏向,角反射體架設(shè)如圖6所示。漁船距雷達(dá)3.5km,以3kn航速由遠(yuǎn)至近艏向朝岸基雷達(dá)方向縱向行駛,要求航向角偏離度小于0.3°;設(shè)置雷達(dá)發(fā)射脈寬為10μs,射頻帶寬為45MHz,采樣率80MHz;雷達(dá)標(biāo)校后便可實(shí)施雙角反射體峰值分布測(cè)試。兩個(gè)角反射體雙峰值距離分布如圖7所示。

由圖7可見,雙峰間有4個(gè)單元距離;而應(yīng)用80MHz采樣率對(duì)應(yīng)的跨度=150/80=1.875m,數(shù)字脈壓加窗后展寬,-3dB的主瓣加寬系數(shù)為1.47,對(duì)應(yīng)單元距離1.875/1.47=1.25m,經(jīng)驗(yàn)證兩個(gè)角反射體峰值分布距離為4×1.25=5m。

圖6 設(shè)置角反射體示意圖

圖7 雙反射體峰值距離分布圖

外場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)一維像測(cè)量的工作波形時(shí)序可以采用:一個(gè)窄帶脈沖和一個(gè)寬帶脈沖交替發(fā)射,窄帶信號(hào)用于測(cè)距,寬帶信號(hào)用于成像。窄帶跟蹤寬帶成像的波形時(shí)序示例見圖8。

圖8 窄帶跟蹤寬帶成像的基本波形時(shí)序

本方案采用邊跟蹤邊測(cè)量和中頻接收直接采樣的方法,中頻頻率為120MHz,主通道處理點(diǎn)數(shù)1120點(diǎn)。寬帶相參雷達(dá)直接采樣的回波信號(hào)是通道之間相參的、時(shí)間上同步和相位上及幅度上嚴(yán)格匹配。當(dāng)距離像分辨率單元遠(yuǎn)小于船體在雷達(dá)徑向上的尺寸時(shí),船只會(huì)占據(jù)多個(gè)距離單元,回波呈現(xiàn)出波峰和波谷的起伏,它可以看作是目標(biāo)在雷達(dá)徑向視角時(shí)散射中心的一維分布。實(shí)測(cè)海上輪船時(shí),選擇的雷達(dá)射頻帶寬為45MHz,發(fā)射脈寬設(shè)為10μs,圖8為實(shí)際橫向拍攝的海上輪船的主要外部結(jié)構(gòu)布局圖。當(dāng)海上輪船于徑向相對(duì)寬帶RCS測(cè)量雷達(dá)7km,方位191°、仰角-0.067°時(shí),寬帶RCS測(cè)量雷達(dá)一維距離成像散射分布圖如圖10所示。

圖9 海上典型散射特征的油輪圖

圖10 油輪一維像散射分布圖

圖10是以海上具有典型散射貢獻(xiàn)個(gè)體群的油輪為雷達(dá)目標(biāo)而進(jìn)行一維距離成像的。散射分布圖表征了船只上多個(gè)散射中心沿雷達(dá)視線上的一維投影,船只距離像的幅度大小為距離單元內(nèi)所有散射中心的相干求和;分布圖凸顯了甲板上幾個(gè)主要散射個(gè)體在徑向上RCS貢獻(xiàn),可以明顯分辨出有5個(gè)分開的強(qiáng)散射點(diǎn)及其峰值分布相對(duì)位置?？梢?雷達(dá)目標(biāo)的一維距離像不僅提供了目標(biāo)的強(qiáng)散射點(diǎn)中心數(shù)目、分布及徑向長(zhǎng)度等特征,并且特性獲取也較為容易[5]。但不可忽略的是,船只是一種長(zhǎng)、寬度比較大的細(xì)長(zhǎng)形體且具有上層建筑群體,在外場(chǎng)動(dòng)態(tài)RCS測(cè)試時(shí),當(dāng)船只艏艉方向相對(duì)于雷達(dá)徑向視線有偏離時(shí),除了船只上主散射源RCS貢獻(xiàn)外,還要考慮到船只航向偏差引起的RCS幅度起伏的變化。顯然,HRRP對(duì)姿態(tài)角的敏感度不僅與目標(biāo)類型、運(yùn)動(dòng)速度有關(guān),還與被測(cè)目標(biāo)的航向偏差有關(guān),它是非均勻的多變量函數(shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

全去斜率的數(shù)字接收,其接收信號(hào)采用相干電路(I、Q)雙通道,避開了單通道的實(shí)信號(hào)電路引起的頻譜混疊;因?yàn)閷?duì)上述船只測(cè)量所選擇的成像帶寬相對(duì)比較窄,系統(tǒng)的帶內(nèi)幅相特性較易得到保證,而且應(yīng)用了數(shù)字中頻直接采樣,使I和Q不平衡、直流電平漂移幾乎消除,通道不一致性減小; 這些有利條件確保了海上目標(biāo)一維距離成像得以實(shí)現(xiàn)。外場(chǎng)試驗(yàn)表明,對(duì)海上實(shí)體船只的一維距離像的獲取,背景真實(shí)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、實(shí)用度高。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的要求愈來(lái)愈高,高分辨率成像技術(shù)的研究將會(huì)受到愈來(lái)愈多的關(guān)注,開展雷達(dá)目標(biāo)一維距離像的研究就有著十分重要的意義。

[1] (美)E.F. 克拉特. 雷達(dá)散射截面[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,1987.

[2] 黃培康,殷紅成,許小劍. 雷達(dá)目標(biāo)特性[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

[3] 保錚,邢孟道,王彤. 雷達(dá)成像技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

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[5] 張文峰,何松華. 高分辨率雷達(dá)目標(biāo)一維距離像的編碼識(shí)別算法[J].國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào),1996,18(4):62-65,87.

Range Image of Radar Based on Dechirping Receive Technology

ZHOU Tao, ZHOU Yu-xin

(Unit 91404 of PLA, Qinhuangdao 066001, China)

The range image with high resolution of sea-skimming target is a very important research direction. This paper presents a method of radar range imaging based on dechirping receive technology. This method combined the dechirping receive technology with speed of target motion compensation. By using DSPA digital pulse compression and Hamming weighting algorithm, the method may not only reduce bandwidth of return signal, but also decrease sidelobe level of target range. Combined with radar outdoor dynamic measurement, one dimension range imaging of ships is obtained. The measured result shown that this method can provide an effective way for dimension range imaging of outdoor radar target.

radar cross section; LFM; stretch processing; high range resolution profile; DSP

2016-11-08

周 濤(1962-),男,江蘇常州人,高級(jí)工程師,主要研究方向?yàn)橹缚卦囼?yàn)與雷達(dá)目標(biāo)特性測(cè)量。 周鈺鑫(1991-),男,碩士研究生,助理工程師。

1673-3819(2017)01-0083-06

TN958.98；E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.01.018

修回日期： 2016-12-04