俞成龍，陳 旭

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所,江蘇 揚州 225101)

0 引 言

跟蹤雷達的使命任務(wù)是在復(fù)雜的氣象、海情和電子戰(zhàn)環(huán)境下，對敵方飛機、艦艇及來襲反艦導(dǎo)彈等目標進行快速捕獲和高精度連續(xù)穩(wěn)定跟蹤[1]，實時向艦炮和防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)提供目標的精確定位數(shù)據(jù)，供火控系統(tǒng)解算后引導(dǎo)武器，達到有效殺傷敵方來襲目標的目的。

跟蹤雷達在對低空小目標捕獲轉(zhuǎn)跟蹤或連續(xù)跟蹤過程中，需要從雜波中檢測出目標的回波，并對目標的回波幅度進行門限判別，如目標回波幅度滿足跟蹤條件，則對目標進行跟蹤。通常我們采用的中心門限為固定門限，門限值基本為經(jīng)驗值，但是在真實的復(fù)雜雜波背景環(huán)境下，地雜波、海雜波、氣象雜波及箔條雜波等是不固定的非合作目標回波，而且自動增益控制(AGC)是隨跟蹤波門內(nèi)回波的起伏而變化的，較強的雜波容易造成AGC變化,引起接收機通道增益的減小，雜波中的目標回波幅度也相應(yīng)變小，使得目標回波幅度過不了中心門限，導(dǎo)致目標的漏測或者跟丟。根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計的固定門限值存在缺陷，門限值過低會造成較高的虛警，將雜波檢測為目標進行跟蹤處理；門限值過高會將小目標誤認為雜波，造成目標的漏測或跟丟。可見，中心門限將直接影響到雷達能否有效捕獲和連續(xù)穩(wěn)定跟蹤目標，尤其是復(fù)雜的雜波背景下的掠海飛行小目標，因此中心門限的計算和設(shè)計方法非常重要。

1 檢測處理方法概述

跟蹤雷達接收目標指示，方位調(diào)舷到位后進行俯仰角度捕獲掃描，同時信號處理根據(jù)距離指示值設(shè)置距離波門，在掃描過程中信號處理機判斷波門內(nèi)目標回波幅度超過捕獲門限后，雷達天線停止掃描，信號處理機將跟蹤波門移到目標回波中心，選取目標回波中心前后各L個點的回波幅度，實時自適應(yīng)地計算中心門限，判斷被測目標回波是否超過中心門限。若目標回波超過中心門限，則雷達轉(zhuǎn)入目標跟蹤狀態(tài)，并在跟蹤過程中實時更新中心門限，保證穩(wěn)定跟蹤；若目標回波未超過中心門限，則天線繼續(xù)掃描進行目標捕獲。

2 中心門限實時自適應(yīng)的小目標檢測處理辦法

2.1 跟蹤雷達工作原理簡介

跟蹤雷達工作原理如圖1所示，雷達在定時器的時序控制下，發(fā)射機將發(fā)射激勵信號進行功率放大，通過收發(fā)開關(guān)和雷達天線將電磁波向空間定向輻射，電磁波在遇到目標后產(chǎn)生后向散射，形成目標和雜波回波，通過雷達天線和收發(fā)開關(guān)傳送至接收機[2]，接收機將處理過的中頻信號傳送到信號處理機，信號處理機對中頻信號進行采樣、下變頻、脈壓等一系列處理后，再進行目標捕獲和距離跟蹤，并產(chǎn)生數(shù)字角誤差信號，伺服系統(tǒng)根據(jù)信號處理機產(chǎn)生的角誤差信號、當前天線指向數(shù)據(jù)、艦船搖擺數(shù)據(jù)等進行相關(guān)處理驅(qū)動天線對準目標，完成對目標的閉環(huán)跟蹤。綜合顯控系統(tǒng)對雷達整機工作狀態(tài)和工作參數(shù)進行監(jiān)控并干預(yù)。

圖1 跟蹤雷達工作原理框圖

2.2 實時自適應(yīng)計算中心門限的小目標檢測處理方法

跟蹤雷達接收到情報臺或火控臺的目標指示，雷達方位調(diào)舷到位后進行俯仰捕獲掃描(三維目指情況下可統(tǒng)籌雷達波束寬度和目指精度，仰角小角度掃描或不掃描，減少系統(tǒng)反應(yīng)時間)，同時信號處理根據(jù)距離指示設(shè)置距離波門，在目標掃描捕獲過程中，信號處理機判斷波門內(nèi)目標回波超過捕獲門限后，雷達天線停止掃描，信號處理機將跟蹤波門移到目標回波中心，選取目標回波中心前后各L個點的回波幅度，計算出中心門限，判斷被測目標回波是否超過中心門限。若目標回波超過中心門限，則雷達轉(zhuǎn)入目標跟蹤狀態(tài)，并在跟蹤過程中實時更新中心門限，保證穩(wěn)定跟蹤；若目標回波未超過中心門限，則天線繼續(xù)掃描進行目標捕獲。具體工作流程如圖2所示。

圖2 跟蹤雷達快速捕獲和穩(wěn)定跟蹤目標流程圖

雷達整機加電，通過天線對外發(fā)射和接收目標回波信號，接收機對回波信號進行放大、濾波、增益控制，將歸一化后的中頻信號送給信號處理機，信號處理機根據(jù)距離波門的位置對距離波門內(nèi)提取的對數(shù)和路與線性和路通道的基帶視頻數(shù)據(jù)進行處理[3]，實時生成數(shù)字AGC控制碼，接收機在AGC控制碼的控制下實時改變中頻放大器輸出的中頻信號幅度。雷達接收目標指示數(shù)據(jù)，信號處理機根據(jù)目指距離數(shù)據(jù)移動捕獲波門到相應(yīng)位置，伺服系統(tǒng)進行方位調(diào)弦到位，并根據(jù)目標類型進行仰角捕獲掃描，當檢測到目標回波幅度超過捕獲門限時，天線在俯仰方向上停止掃描，信號處理機將跟蹤波門移到目標回波的中心位置，進行目標檢測和跟蹤，信號處理機根據(jù)跟蹤波門的中心位置，選取目標中心波門位置前后各L個點(每個點表示1個距離處理單元)的回波幅度，計算出中心門限，判斷目標回波幅度是否過中心門限。如果是則雷達轉(zhuǎn)入對目標的跟蹤狀態(tài)，在目標跟蹤過程中實時更新中心門限，對目標保持穩(wěn)定跟蹤。如果未超過中心門限，則繼續(xù)進行目標捕獲；同時如目標回波幅度未超過捕獲門限，則繼續(xù)進行掃描捕獲。中心門限U0的計算過程如圖3所示。

圖3 中心門限實時計算框圖

2.3 典型海情下目標跟蹤仿真結(jié)果

利用1套跟蹤雷達、目標和雜波信號模擬設(shè)備、目標指示模擬設(shè)備進行半實物仿真驗證，目標為空中運動目標，運動軌跡為遠離，目標指示方位180°、距離5 km、速度250 m/s，目標作等高勻速飛行，海情為三級。信號處理機根據(jù)目指距離數(shù)據(jù)，移動捕獲波門到相應(yīng)位置，伺服系統(tǒng)進行方位調(diào)弦到180°，伺服系統(tǒng)根據(jù)目標類型，控制天線在俯仰角度上從0°向上開始捕獲掃描。在掃描到俯仰角度為2.27°時，雷達信號處理機判斷目標回波強度為9 430，超過捕獲門限值5 000，天線仰角停止掃描，信號處理機將跟蹤波門移到目標回波中心位置。信號處理機根據(jù)跟蹤波門中心位置，在目標運動到10 km的時刻(此時雷達仰角高度為1.14°)選取目標回波中心位置前后各32個點的回波幅度xi進行采樣，采樣數(shù)據(jù)見表1和表2。

表1 目標回波中心位置前32點采樣數(shù)據(jù)

中心門限U0為6 431.92，此時目標的回波中心強度為8 214，邊緣強度為8 192和7 997，目標回波強度均值為8 163，判斷目標回波幅度xD=8 163大于中心門限U0=6 431.92，而根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計的固定門限值為8 500，如以此門限來進行判別，必將造成目標的漏測和跟蹤丟失，不能對目標保持連續(xù)穩(wěn)定的跟蹤，采用門限實時自適應(yīng)技術(shù)后，提高了對小目標的檢測概率和連續(xù)穩(wěn)定的跟蹤能力。

3 結(jié)束語

與現(xiàn)有技術(shù)相比，在傳統(tǒng)跟蹤雷達的檢測方法基礎(chǔ)上引入中心門限實時自適應(yīng)變化的技術(shù)，能夠有效抑制中心門限固定情況下雜波背景復(fù)雜(雜波強度大，或者雜波起伏變化較大)造成的小目標檢測高虛警、漏測以及丟失的問題，提高了復(fù)雜的海雜波背景下對掠海小目標的捕獲能力和穩(wěn)定跟蹤能力。

典型環(huán)境下的仿真驗證了該方法的有效性，該方法已應(yīng)用在多型跟蹤雷達裝備中。

隨著電子技術(shù)水平和計算處理能力的提高，越來越多的智能化手段應(yīng)用到雷達系統(tǒng)的設(shè)計中[4]，使得雷達具有高的目標和環(huán)境適應(yīng)能力，它通過對目標和環(huán)境進行檢測、分析、學(xué)習(xí)、推理和規(guī)劃，根據(jù)天線指向、海情、目標類型、目標距離以及目標回波大小等，采用實時自適應(yīng)技術(shù)調(diào)整脈沖波形、工作重頻、波門寬度、門限等參數(shù)，減小了寬脈沖脈壓帶來的雜波、大目標副瓣對目標跟蹤的影響，完成在復(fù)雜的雜波背景下捕獲和穩(wěn)定跟蹤低空飛行小目標，并增強了抗雜波和抗電子干擾的能力，提高強雜波下全程目標檢測能力和跟蹤精度[5]，進一步提升了雷達的跟蹤性能。