西安電子工程研究所 張 瑞

為了使脈沖多普勒雷達(dá)在搜索時(shí)可以更好的適應(yīng)外部雜波環(huán)境，提高抑制雜波能力，并且在最大程度上提高雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率，本文提出了一種基于距離和多普勒頻率的搜索重頻優(yōu)選方法。根據(jù)雷達(dá)面對(duì)的外部雜波環(huán)境設(shè)計(jì)雜波抑制區(qū)和雜波清潔區(qū)，通過(guò)遺產(chǎn)算法產(chǎn)生大量搜索重頻組合，對(duì)所要探測(cè)目標(biāo)的距離和多普勒頻率的范圍做搜索覆蓋率分析，進(jìn)而得到最優(yōu)搜索重頻組合。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。

前言：現(xiàn)代相控陣?yán)走_(dá)具有參數(shù)靈活設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)要求靈活地設(shè)置波束指向、波束寬度、信號(hào)頻率、帶寬、脈寬、脈沖重復(fù)周期以及相參積累點(diǎn)數(shù)等工作參數(shù)。由于雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率決定著雷達(dá)的探測(cè)距離范圍和速度分辨率，是一個(gè)對(duì)雷達(dá)性能至關(guān)重要的參數(shù)，所以本文針對(duì)雷達(dá)的搜索波束的脈沖重復(fù)頻率這一參數(shù)，提出了一種基于距離和多普勒頻率的搜索重頻優(yōu)選方法。

1 距離維分析

如果雷達(dá)信號(hào)的脈沖寬度為τ，脈沖重復(fù)周期為pri，光速為c，則可檢測(cè)的距離范圍為：

其中l(wèi)為模糊度，N代表自然數(shù)集合。這個(gè)距離范圍是根據(jù)雷達(dá)的指標(biāo)要求確定的。必須同時(shí)滿足距離維和多普勒頻率維的約束的脈沖重復(fù)頻率才可以被選用。

2 多普勒頻率維分析

脈沖多普勒雷達(dá)，通過(guò)對(duì)探測(cè)區(qū)域發(fā)射相參的脈沖信號(hào)，通過(guò)相參積累實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的距離和速度的探測(cè)。區(qū)分運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和固定雜波的機(jī)理是利用目標(biāo)回波和雜波相對(duì)雷達(dá)運(yùn)動(dòng)速度不同而引起的多普勒頻率差異。對(duì)于固定地物雜波和低速的氣象雜波，通常是通過(guò)濾波器來(lái)抑制掉，常用方法是動(dòng)目標(biāo)顯示（MTI）和動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)（MTD）。一般，抑制雜波時(shí)將會(huì)抑制掉零頻附近一定范圍內(nèi)的頻率信號(hào)，這個(gè)范圍稱為雜波抑制區(qū)，而雜波抑制區(qū)之外的頻譜范圍稱為雜波清潔區(qū)。如果雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的脈沖重復(fù)頻率為prf（為pri的倒數(shù)），相參積累點(diǎn)數(shù)為M，則MTD濾波器組如圖1所示。

圖1 MTD濾波器組

其中0號(hào)濾波器到M-1號(hào)濾波器為濾波器組的一個(gè)周期，周期的長(zhǎng)度為脈沖重復(fù)頻率為prf。fB為MTD濾波器寬度，則有：

假定雷達(dá)對(duì)雜波抑制其中0號(hào)到n號(hào)濾波器所覆蓋的頻譜范圍為雜波抑制區(qū)1，頻率范圍f1為：

n+1號(hào)到n+m號(hào)濾波器所覆蓋的頻譜范圍為雜波清潔區(qū)，頻率范圍f2為：

n+m+1號(hào)到0號(hào)濾波器為雜波抑制區(qū)2，頻率范圍f3為：

由式(3)、式(4)、式(5)可知，通過(guò)調(diào)整參數(shù)n和m，控制雜波抑制區(qū)和清潔區(qū)的范圍。當(dāng)外部環(huán)境的雜波較強(qiáng)時(shí)，可以選擇較大的prf，調(diào)大n，調(diào)小m，使雜波抑制區(qū)更大，盡可能覆蓋強(qiáng)雜波的多普勒頻譜的主要能量。當(dāng)外部環(huán)境的雜波不強(qiáng)時(shí)，可以選擇較小的prf，使得在相同的相參積累點(diǎn)數(shù)的情況下，速度分辨率更高。

3 基于距離和多普勒頻率的搜索重頻優(yōu)選

由于脈沖多普勒雷達(dá)在距離上存在距離盲區(qū)和距離模糊，在速度上存在速度盲區(qū)和速度模糊，因此需要重頻參差，即通過(guò)不同的重頻來(lái)覆蓋要求探測(cè)的目標(biāo)距離和速度。如果雷達(dá)波長(zhǎng)為λ，則目標(biāo)速度v與多普勒頻率fd的關(guān)系如下：

因此，對(duì)于速度的約束也就是對(duì)于多普勒頻率的約束。如果雷達(dá)的探測(cè)距離范圍為：

距離和多普勒頻率維的約束如下：

如果雷達(dá)的搜索波束的脈沖重復(fù)頻率有k個(gè)，則其搜索重頻組合所覆蓋的距離和多普勒頻率范圍應(yīng)滿足式(8)，即對(duì)于探測(cè)范圍內(nèi)的任意一組距離和多普勒頻率組合(r , fd)，在搜索重頻組合中至少有一個(gè)重頻滿足式(8)。

通過(guò)使用遺傳算法搜索重頻規(guī)定范圍內(nèi)的所有重頻組合可以優(yōu)選出最優(yōu)的搜索重頻組合。通過(guò)設(shè)置控制雜波抑制區(qū)和雜波清潔區(qū)的參數(shù)n和m，可以使得優(yōu)選的搜索重頻組合可以更好地適應(yīng)各種雜波環(huán)境，靈活地應(yīng)對(duì)外部雜波。

4 仿真分析

仿真場(chǎng)景：雷達(dá)工作頻率為11GHz到12GHz，所需探測(cè)目標(biāo)的距離范圍為800m到8km，速度范圍為30m / s到1000m / s，重頻prf的可選擇范圍為12500Hz到31250Hz，脈沖寬度為5μs，相參積累點(diǎn)數(shù)為32，雜波清潔區(qū)為5號(hào)到27號(hào)濾波器。如果假設(shè)搜索重頻組合包含的重頻個(gè)數(shù)為3，使用搜索算法時(shí)，距離步進(jìn)量為5m，速度步進(jìn)量為5m/s，波長(zhǎng)選擇中心頻點(diǎn)10GHz對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，則可以優(yōu)選出如下搜索重頻組合如表1所示：

表1 優(yōu)選的搜索重頻組合

以上搜索重頻組合在滿足100%覆蓋的基礎(chǔ)上，還按照2個(gè)以上重頻的覆蓋概率最高的原則，將搜索重頻組合按照2個(gè)以上重頻的覆蓋概率從高到低排列，確保雷達(dá)搜索波束發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率盡可能高。

圖2 距離和多普勒頻率二維平面

以最優(yōu)搜索重頻組合{16393,14085,12500}HZ為例，其距離和多普勒頻率二維平面如圖2所示。

圖2所示中棕色代表3個(gè)重頻都可以覆蓋的目標(biāo)區(qū)域，綠色代表2個(gè)重頻可以覆蓋的目標(biāo)區(qū)域，藍(lán)色代表只有1個(gè)重頻可以覆蓋的目標(biāo)區(qū)域?？梢钥闯鏊阉髦仡l的覆蓋率為100%，并且大部分目標(biāo)的距離和速度都被至少2個(gè)重頻所覆蓋，確保了搜索波束更高的發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種基于距離和多普勒頻率的搜索重頻優(yōu)選方法，該方法使雷達(dá)可以更靈活地面對(duì)復(fù)雜的外部雜波環(huán)境和各種戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)要求，在一定程度上提高了雷達(dá)抑制雜波的能力和雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率。充分發(fā)揮了現(xiàn)代雷達(dá)參數(shù)靈活設(shè)置的優(yōu)勢(shì)。

參考：陳伯孝等，現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)：西安電子科技大學(xué)出版社，2012；丁鷺飛，耿富錄，雷達(dá)原理（第三版）：西安電子科技大學(xué)出版社，2002；張光義，趙玉潔，相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)：電子工業(yè)出版社，2006；陶海紅，王伶，廖桂生，基于遺傳算法的最優(yōu)參差碼搜索：系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2004；陶海紅，廖桂生，王伶，一種基于優(yōu)化參差比的改進(jìn)MTI濾波器：現(xiàn)代雷達(dá)，2004。