王曉楠(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引 言

跟蹤雷達(dá)作為武器系統(tǒng)的傳感器，負(fù)責(zé)對(duì)來襲目標(biāo)進(jìn)行精確捕獲、跟蹤，實(shí)時(shí)送出高精度的目標(biāo)信息數(shù)據(jù)，武器系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行濾波計(jì)算，引導(dǎo)火炮對(duì)目標(biāo)進(jìn)行攔截[1]。

武器系統(tǒng)在控制火炮對(duì)來襲目標(biāo)攔截射擊過程中存在彈丸與目標(biāo)相遇時(shí)干擾對(duì)目標(biāo)的跟蹤測(cè)量，引發(fā)異常測(cè)量偏差，甚至導(dǎo)致跟蹤雷達(dá)不能正常跟蹤目標(biāo)，造成后續(xù)火炮射擊命中概率下降。因此有必要濾除彈丸回波對(duì)目標(biāo)跟蹤的影響，保證目標(biāo)能夠正常跟蹤，進(jìn)而保證武器系統(tǒng)的跟蹤射擊效果。

1 原理簡(jiǎn)介

雷達(dá)要探測(cè)的目標(biāo)通常是運(yùn)動(dòng)的物體，如飛機(jī)、導(dǎo)彈等，但在目標(biāo)周圍經(jīng)常存在地物、海浪等各種雜波背景。為濾去固定雜波、提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波，雷達(dá)通常采用動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)和動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)處理方式，通過多普勒濾波器組實(shí)現(xiàn)，不同的速度代表多普勒濾波器通道不同，一般將零通道附近的雜波通道濾除，保留有用的目標(biāo)通道[2]。

在目標(biāo)跟蹤過程中通過目標(biāo)跟蹤波門對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精確跟蹤，實(shí)時(shí)測(cè)量出目標(biāo)速度，確定目標(biāo)多普勒通道；在火炮或?qū)棸l(fā)射后，通過彈丸監(jiān)測(cè)波門，對(duì)彈丸進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)測(cè)量出彈丸速度，通過目標(biāo)速度與彈丸速度的計(jì)算，確定一個(gè)重復(fù)頻率，使目標(biāo)多普勒通道在中間，彈丸多普勒通道遠(yuǎn)離多普勒中間通道，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與彈丸的分離，消除彈丸回波對(duì)目標(biāo)跟蹤的影響[3]。

2 彈丸與目標(biāo)分離計(jì)算方法介紹

跟蹤雷達(dá)彈丸與目標(biāo)分離方法流程圖如圖1所示。

圖1 跟蹤雷達(dá)彈丸與目標(biāo)分離方法

通過對(duì)跟蹤雷達(dá)中頻信號(hào)進(jìn)行采樣及數(shù)字下變頻處理，在跟蹤波門內(nèi)獲取數(shù)據(jù)，并計(jì)算當(dāng)前波門內(nèi)信號(hào)，判斷回波幅度是否過門限，計(jì)算得出目標(biāo)質(zhì)心相對(duì)于當(dāng)前波門中心的位置。然后計(jì)算當(dāng)前處理組與上次處理組的時(shí)間間隔。將質(zhì)心位置與2次處理數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔代入濾波器中，進(jìn)行二維濾波計(jì)算，得到目標(biāo)徑向速度v。

根據(jù)目標(biāo)徑向速度v計(jì)算目標(biāo)的多普勒頻率fd，公式如下：

(1)

式中：c為光速常數(shù)；fc為雷達(dá)工作頻率；v為目標(biāo)徑向速度[2]。

目標(biāo)所在多普勒通道計(jì)算公式如下：

(2)

式中：a為目標(biāo)所在多普勒通道；m為正整數(shù)(表示迭代次數(shù))；f為重復(fù)頻率；fd為目標(biāo)多普勒頻率；N為動(dòng)目標(biāo)處理的多普勒通道數(shù)。

在火炮或?qū)棸l(fā)射后，跟蹤雷達(dá)在跟蹤目標(biāo)的同時(shí)，在目標(biāo)跟蹤波門前設(shè)置彈丸波門，實(shí)時(shí)測(cè)量出彈丸速度v1，在彈丸跟蹤過程中僅刪除雜波通道數(shù)據(jù)。

計(jì)算出合適的重頻f，使得目標(biāo)所在多普勒通道a在N/2左右。計(jì)算公式如下：

(3)

式中：fc為雷達(dá)工作頻率；c為光速常數(shù)；v為目標(biāo)徑向速度；N為動(dòng)目標(biāo)處理的多普勒通道數(shù)；m為正整數(shù)，表示迭代次數(shù)；b為正整數(shù)(0≤b

彈丸多普勒通道a1計(jì)算公式如下：

(4)

式中：f為重復(fù)頻率；v1為彈丸速度；fc為雷達(dá)工作頻率；c為光速常數(shù)；N為動(dòng)目標(biāo)處理的多普勒通道數(shù)；m為正整數(shù)，表示迭代次數(shù)。

選擇合適的迭代次數(shù)m，使得彈丸多普勒通道a1與目標(biāo)多普勒通道a落在不同的多普勒通道上并相隔一定通道數(shù)，計(jì)算出f值并設(shè)為當(dāng)前重復(fù)頻率，刪除兩側(cè)多普勒通道以及彈丸多普勒通道a1，進(jìn)行目標(biāo)跟蹤。

根據(jù)目標(biāo)速度、目標(biāo)距離的變化，自適應(yīng)改變雷達(dá)重復(fù)頻率，實(shí)現(xiàn)跟蹤雷達(dá)彈丸與目標(biāo)的分離。

3 仿真結(jié)果

設(shè)定發(fā)射頻率為14 GHz，32點(diǎn)快速傅里葉變換(FFT)，查找折疊次數(shù)最多15次，間隔通道數(shù)為3，最小的重復(fù)頻率保證跟蹤波門內(nèi)所有速度彈丸回波不占用6個(gè)通道，最大重復(fù)頻率控制在50 kHz以內(nèi)，優(yōu)先選用落在中心通道處的重復(fù)頻率。

重復(fù)頻率選取仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2 目標(biāo)與彈丸分離重復(fù)頻率仿真圖

遍歷所有的點(diǎn)都存在合適的重復(fù)頻率，最小重頻為5 708.9 Hz。

目標(biāo)通道仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 目標(biāo)與彈丸分離目標(biāo)通道仿真圖

目標(biāo)主瓣通道最小為5，最大為168(折疊后落在8通道)。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

火炮射擊時(shí)彈丸回波與目標(biāo)回波如圖4所示，彈丸回波幅度與目標(biāo)回波幅度基本相當(dāng)。

圖4 火炮射擊時(shí)彈丸回波與目標(biāo)回波

火炮持續(xù)射擊，彈丸回波與目標(biāo)回波如圖5所示，彈丸回波幅度明顯強(qiáng)于與目標(biāo)回波，此時(shí)彈丸與目標(biāo)即將相遇，若不采取措施，彈丸回波將淹沒目標(biāo)回波，影響目標(biāo)跟蹤、測(cè)量。

采用自適應(yīng)變重頻彈丸與目標(biāo)分離方法，效果如圖6所示，彈丸回波被濾除，目標(biāo)跟蹤正常，實(shí)現(xiàn)了彈丸與目標(biāo)的分離。

圖5 火炮持續(xù)射擊時(shí)彈丸回波與目標(biāo)回波

圖6 使用彈丸目標(biāo)分離處理后的回波

5 結(jié)束語

本文介紹了一種基于自適應(yīng)變重頻的彈丸回波與目標(biāo)回波的分離方法，消除了跟蹤雷達(dá)在火炮射擊時(shí)彈丸回波對(duì)目標(biāo)跟蹤的影響，有效提高了火炮射擊命中概率。通過理論計(jì)算、仿真分析、模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證了本方法的有效性。同時(shí)該方法的原理也可應(yīng)用于雷達(dá)抗干擾領(lǐng)域，濾除雜波和干擾，保留目標(biāo)信息，提高雷達(dá)抗干擾性能。

[1] 張明友，汪學(xué)剛.雷達(dá)系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[2] 吳順君，梅曉春.雷達(dá)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[3] 周紅峰，王曉楠.單脈沖跟蹤雷達(dá)對(duì)掠海飛行目標(biāo)跟蹤仿真[J].艦船電子對(duì)抗，2017，40(1)：17-20.