蔣立民

（91245部隊，遼寧葫蘆島,125001）

單脈沖雷達數(shù)據(jù)采集及處理方法

蔣立民

（91245部隊，遼寧葫蘆島,125001）

在載人航天、編目空間目標以及對戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈進行預(yù)防警報等方面單脈沖測量雷達有著極為重要的實用價值，而脈沖雷達的核心就是數(shù)據(jù)的采集與處理，數(shù)據(jù)采集與處理在脈沖雷達完成各項工作時發(fā)揮的作用是十分重要的。本文結(jié)合了進行研究的單脈沖測量雷達，對脈沖雷達關(guān)于數(shù)據(jù)處理方面的功能、結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及工作中使用的算法和實現(xiàn)的方法進行了系統(tǒng)的闡述。針對新型單脈沖測量雷達的一些關(guān)鍵特點進行分析。

單脈沖測量雷達；RCS；雷達標校；測量精度

1 單脈沖測量雷達的研究背景與研究目的

1.1 單脈沖測量雷達研究的背景與實際意義

伴隨著我國啟動航天事業(yè)，脈沖測量雷達也就隨之產(chǎn)生了，脈沖測量雷達在一九七零年的我國第一顆人在衛(wèi)星發(fā)射的過程中起到了極為重要的作用。其主要特點包括以下幾點。

（1）測量時有很高的精確度，對火箭、導(dǎo)彈以及各種不同類型的飛行器的發(fā)射與飛行進行十分精確的數(shù)據(jù)監(jiān)測，為我國航天領(lǐng)域的試驗以及研究工作提供安全可靠的數(shù)據(jù)信息。

（2）有很高的數(shù)據(jù)率以及實時性，脈沖測量的工作嚴格受到脈沖重復(fù)周期的工作頻率影響，因此在數(shù)據(jù)的測量中也是按照脈沖重復(fù)周期來進行的，所以說測量的時效性與精確度都受到數(shù)據(jù)率的影響。

（3）全天候工作的能力比較強，脈沖測量雷達和其他光學(xué)測量設(shè)備嚴重的受天氣變化影響不同，脈沖測量雷達在惡劣的天氣下也可以進行全天候的正常工作。

雷達的數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)在雷達的整體系統(tǒng)中處于核心地位，有著十分重要的作用，可以完成目標的搜索確定以及跟蹤的任務(wù)，并且對雷達所測量到的數(shù)據(jù)進行實時的修正。雷達的數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)是由幾臺計算機共同組成，信息通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進行交換。

1.2 單脈沖測量雷達研究的具體目的

雷達系統(tǒng)的核心問題就是數(shù)據(jù)處理方面的問題，它關(guān)系著雷達對各項功能的完成重讀，最近幾年以來，脈沖測量雷達的理論以及應(yīng)用技術(shù)正在突飛猛進，越來越多的功能正在被開發(fā)與完善中，雷達的數(shù)據(jù)處理方面也要有更新的要求。

雷達數(shù)據(jù)處理的組成由硬件與軟件兩方面的平臺組成，平臺通過數(shù)據(jù)控制接口把信息與分系統(tǒng)相交換，正因如此雷達的數(shù)據(jù)研究可以分為以下三個方面。

（1）雷達數(shù)據(jù)處理的硬件平臺方面。硬件平臺也就是指程序運行的硬件環(huán)境，隨著技術(shù)的不斷進步，數(shù)據(jù)處理的硬件平臺業(yè)發(fā)展成為現(xiàn)在的主流微機，相比于原來的單板機來說性能從根本上產(chǎn)生了巨大的飛躍。數(shù)據(jù)處理的硬件平臺最為理想的目標就是體積更小，且更加的智能，當前的高性能計算機為這一目標的實現(xiàn)提供了更好的硬件支持。

（2）雷達數(shù)據(jù)處理的軟件平臺方面。軟件平臺也就是指程序運行的軟件環(huán)境，也就是“系統(tǒng)”，隨著軟件技術(shù)的突飛猛進，數(shù)據(jù)處理的軟件平臺也變成了Windows系統(tǒng)以及實時性特別高的VxWorks系統(tǒng)；在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中軟件平臺的要求就是要做到精簡，以及有較高的實時性，并且要安全可靠，新型的軟件技術(shù)已經(jīng)基本達到要求。

（3）雷達數(shù)據(jù)處理的接口方面。雷達系統(tǒng)如果想要更好的完成任務(wù)，那么各個分機系統(tǒng)都要互相配合來進行信息的傳遞工作，所以對各個輸入接口以及輸出接口的定義一定要做好，只有這樣才可以對雷達各系統(tǒng)之間進行信息交換的準確以及實時性進行更好的保證，雷達系統(tǒng)才可以更好的完成任務(wù)。

2 單脈沖測量雷達的數(shù)據(jù)處理理論

2.1 單脈沖雷達數(shù)據(jù)處理理論概述

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是控制整個雷達系統(tǒng)的核心，掌握著信息的交換與數(shù)據(jù)的處理，它提取接收到的回波數(shù)據(jù)中的測量點，并進行處理，控制雷達的跟蹤以分配能量；實現(xiàn)對目標的探索以及跟蹤；計算目標的RCS，生成并顯示出航跡數(shù)據(jù)；對雷達測量到的數(shù)據(jù)進行修正；完成雷達數(shù)據(jù)的標校以及對事后數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的處理。隨著脈沖測量雷達的功能逐漸增強，對數(shù)據(jù)處理方面的要求同樣也升高了，下面幾個方面可以更好的體現(xiàn)出來。

（1）目標的容量方面：新型的脈沖測量雷達需要跟蹤更多的目標，這就對數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)有了更高的要求，系統(tǒng)要有更強的容量以及處理能力，這體現(xiàn)在硬件更高的配置和更優(yōu)秀的處理能力上。

（2）目標的跟蹤精度方面：新型脈沖測量雷達在目標的跟蹤方面有著更高的精確度，這就對數(shù)據(jù)處理的要求更高，數(shù)據(jù)處理要使用更為科學(xué)合理的算法。

（3）越長，雷達的跟蹤性能就越弱，反之轉(zhuǎn)換時間越短，雷達的跟蹤性能就更為優(yōu)秀，這就要求數(shù)據(jù)處理要有比較優(yōu)秀的實時性系統(tǒng)，同時還要使算法與能量調(diào)度更為科學(xué)合理。

2.2 雷達數(shù)據(jù)的事前工作模式

脈沖雷達在進行實際工作之前為了保證可以安全的完成任務(wù)，需要對雷達的參數(shù)進行標定和調(diào)校的工作，這項工作對雷達的工作來說是極為重要的，通常我們都把這項工作乘坐雷達標校，實際需要進行標定的項目有很多，下面是關(guān)于標定的介紹。

2.2.1 常規(guī)標校

常規(guī)標校的目的主要是為了對雷達的軸系誤差參數(shù)和距離進行確定。軸系誤差參數(shù)是對雷達的測角數(shù)據(jù)進行修復(fù)；距離零值是對雷達的距離數(shù)據(jù)進行修復(fù)。

雷達可以分為八種軸系誤差參數(shù)，分別是方位零值參數(shù)、俯仰零值參數(shù)、大盤不水平最大值參數(shù)、大盤不水平最大值方向參數(shù)、廣電差橫向分量參數(shù)、廣電差縱向分量參數(shù)、光機差參數(shù)以及方位俯仰不正交參數(shù)這八種參數(shù)。

2.2.2 恒虛警門限的標定

恒虛警門限的標定對于雷達檢測回波信號的作用是十分重要的，恒虛警門限標定的主要目的就是統(tǒng)計雷達系統(tǒng)的白噪聲并進行標定，從而確定出系統(tǒng)的檢測以及跟蹤門限。系統(tǒng)的檢測門限是雷達在進行實際的目標搜索任務(wù)時，搜索到的回波信號如果高于系統(tǒng)檢測門限，那么雷達系統(tǒng)就會對搜索到的目標進行跟蹤；系統(tǒng)的跟蹤門限是雷達在對目標進行跟蹤時，如果接收到的回波信號低于跟蹤門限，那么系統(tǒng)就會自動認定為丟失目標。

2.3 脈沖測量雷達的實施工作流程

首先在顯示控制界面把工作模式設(shè)定完畢，并且要多設(shè)置一些搜索景幅。數(shù)據(jù)處理根據(jù)設(shè)置好的數(shù)據(jù)形成搜索列表以及控制字，并根據(jù)數(shù)據(jù)進行雷達掃描的控制，在這個過程中顯示控制可以通過人工調(diào)整天線的方式使觀測覆蓋到空中區(qū)域。在雷達進行掃描與搜索的過程中，如果在屏幕顯示上觀察到可疑回波，那么就可以點擊相應(yīng)的位置，顯示控制將會向該位置送出，數(shù)據(jù)處理則會自動完成目標的跟蹤工作。如果剩余很多能量的情況下要繼續(xù)進行該空中區(qū)域的掃描工作。這種掃描工作可以進行到追蹤能量消耗完畢。

在保持穩(wěn)定的對目標進行跟蹤之后，在滿足寬帶測量的條件下顯示控制臺可以把主目標轉(zhuǎn)移到寬帶測量上，同時改變運行方式，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將會處理該命令，在處理過程中原有的跟蹤和搜索依然維持，信號處理將會對寬帶回波進行處理，并且把目標測量后的結(jié)果傳送到顯示控制分系統(tǒng)里。

2.4 脈沖測量雷達的事后工作模式

脈沖測量雷達的事后工作模式是利用科學(xué)的算法與模型相結(jié)合對測量得來的數(shù)據(jù)進行事后處理的過程，目的是為了對雷達測量出的數(shù)據(jù)進行整體的提升，由于雷達收集到的信息十分復(fù)雜，如果實時進行處理很容易影響信息的準確性和任務(wù)的實時性，所以選擇事后對數(shù)據(jù)進行處理，

2.5 脈沖測量雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件設(shè)計方面

在脈沖測量雷達的實際運行中，數(shù)據(jù)的處理工作大多數(shù)都是通過軟件來完成的，正因如此數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件的科學(xué)合理設(shè)計就十分重要了，軟件開發(fā)時要注意結(jié)構(gòu)化，對軟件的系統(tǒng)設(shè)計要進一步加強，從而確保軟件的功能齊全，有優(yōu)秀的性能，運行時安全可靠，維護方面也相對便捷。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計

回波讀取任務(wù)模塊：在脈沖測量雷達系統(tǒng)中，根據(jù)不同的信號形式以及過門限目標數(shù)，回波幀是變長的，最少只有幾十個字，最多有近兩千字。信號處理在處理完一幀回波數(shù)據(jù)后，通過與數(shù)據(jù)處理控制計算機在偵聽到網(wǎng)絡(luò)SOCKET中斷后，調(diào)用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報文讀取函數(shù)讀取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包；回波接收任務(wù)還負責回波幀完整性、正確性的檢驗，最終將形成完整回波幀壓入“回波幀隊列”?；夭ㄗx取任務(wù)模塊設(shè)計應(yīng)遵循以下原則。

a、響應(yīng)回波中斷，占用中斷處理時間足夠短。

b、回波讀取與回波中斷同步，能夠防止回波網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)堆積。

c、能夠正確處置處理回波數(shù)據(jù)傳送異常。

d、對回波幀要有基本校驗，只有整幀后交與后續(xù)回波處理。

秒定時任務(wù)模塊：秒定時模塊主要用來對相關(guān)中斷信號及有固定節(jié)拍的網(wǎng)絡(luò)報文進行頻率監(jiān)測。秒定時模塊等待秒中斷信號，用來對相關(guān)其他中斷信號及固定節(jié)拍的網(wǎng)絡(luò)報文進行頻率監(jiān)視，并填入“中斷計數(shù)緩沖區(qū)”的響應(yīng)監(jiān)測頻率值。設(shè)定中注意由于秒中斷本身異常的處理，可以設(shè)置等待超時，從而不影響所有檢測。

3 測試結(jié)果

我們通過搭建實驗仿真平臺來驗證數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的功能和性能，在仿真平臺中，場景模擬計算機按照一定的彈道模擬回標回波信息，顯控計算機模擬顯控命令，控制計算機完成對目標的搜索、驗證和跟蹤并記錄了多組測量數(shù)據(jù)，通過對測量數(shù)據(jù)的測量誤差分析，結(jié)果如下。

圖1 距離測量誤差

圖2 方位測量誤差

在試驗仿真平臺中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能完成對模擬目標回波連續(xù)、穩(wěn)定的跟蹤，通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)精度達到了一個比較高的水平。

[1]蘇劍,宋志勇,付強,等.單脈沖雷達不可分辨目標與誘餌聯(lián)合跟蹤方法[J].雷達學(xué)報,2015,4(2):160-171.

[2]劉洋.脈沖雷達梳狀回波現(xiàn)象機理分析[J].現(xiàn)代雷達,2017,39(1):37-40.

Data acquisition and processing method for Monopulse Radar

Jiang Limin
(Unit 91245 of PLA ,Huludao Liaoning,125001)

In manned space flight, space target and cataloging theater missile warning prevention and other aspects of single pulse radar has very important practical value, and the acquisition and processing of pulse radar is the core data, data acquisition and processing play in pulse radar to complete the work of this paper is very important The single pulse radar is studied, on the function of pulse radar data processing, the structure, working principle and use the algorithm and the realization method of the system in this paper According to the analysis of some of the key features of the new single pulse radar

monopulse radar; RCS; radar calibration; measurement accuracy

圖3 仰角測量誤差