張森

摘 要：基于目標(biāo)的徑向速度不隨雷達(dá)工作頻率的變化而改變這一特性，提出了一種適用于體制頻率捷變雷達(dá)的滑窗查表搜索解模糊方法，仿真試驗(yàn)結(jié)果表明該方法能在存在較大視在距離和視在速度測量誤差的條件下保證較高的解模糊正確率和較低的解模糊虛警率，且能適應(yīng)波束內(nèi)同時(shí)含有多個(gè)目標(biāo)的情況，其運(yùn)算量相對固定，具有較高的工程實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：頻率捷變 距離解模糊 速度解模糊

中圖分類號：TN958.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（c）-0004-02

現(xiàn)代的雷達(dá)所采用的脈沖重復(fù)頻率（）范圍從幾百赫茲到幾十千赫茲，甚至更高，這將導(dǎo)致雷達(dá)經(jīng)常出現(xiàn)距離模糊、速度模糊或距離和速度同時(shí)模糊，因此，要獲得目標(biāo)的距離和速度就要進(jìn)行距離和速度雙解模糊。而雷達(dá)為應(yīng)對頻域上的瞄準(zhǔn)式窄帶干擾或?qū)拵ё枞礁蓴_，往往會(huì)采用脈組間隨機(jī)或自適應(yīng)的頻率捷變工作模式，這將導(dǎo)致常用的在多普勒頻域內(nèi)進(jìn)行速度解模糊的算法失效[1]。針對這一情況，該文基于目標(biāo)的徑向速度不隨雷達(dá)工作頻率的變化而改變提出了一種在速度域上進(jìn)行解模糊的方法。

1 解距離模糊

雷達(dá)目標(biāo)回波因受到發(fā)射脈沖的遮擋，會(huì)產(chǎn)生距離遮擋，同時(shí)由于地雜波的影響需要將回波多普勒零頻附近的信號挖除，會(huì)產(chǎn)生速度遮擋。為了避免模糊并消除由距離和速度遮擋而產(chǎn)生的盲區(qū)，一般采用多重的工作方式[2]。

假設(shè)雷達(dá)共有重，一旦選定，由此確定的非模糊距離單元為：

（1）

式（1）中為由系統(tǒng)帶寬確定的距離單元，代表向下取整運(yùn)算。假設(shè)第重上測量的視在距離單元為，則所有可能的目標(biāo)距離單元為：

（2）

式（2）中，為雷達(dá)最大作用距離單元數(shù)，該文所述的解模糊方法為準(zhǔn)則的滑窗查表搜索法，具體做法是先在1至之間以各重的非模糊距離單元建立距離模糊表，如表1所示。

表1中為求模運(yùn)算，注意當(dāng)求模運(yùn)算的結(jié)果為0時(shí)，需要將0替換為相應(yīng)的。將每個(gè)波位中各重恒虛警檢測后過門限點(diǎn)的距離單元信息分別存儲在一個(gè)維的距離信息表中，表中各重相應(yīng)的距離單元如果有過門限的點(diǎn)則標(biāo)記為1，反之標(biāo)記為0。建表完畢后從距離單元1到依次對每個(gè)距離單元進(jìn)行搜索，對某個(gè)距離單元，從表1中讀取其在各重相應(yīng)的視在距離單元，并依據(jù)這些視在距離單元從距離信息表中讀取距離信息，將讀取的結(jié)果相累加，如果累加結(jié)果達(dá)到或超過則判定當(dāng)前搜索的距離單元解距離模糊成功，此時(shí)轉(zhuǎn)入速度解模糊流程。當(dāng)完成所有距離單元的搜索時(shí)，當(dāng)前波位的距離解模糊過程即全部完成，將距離信息表清0，重復(fù)上述的解模糊過程。

但在實(shí)際中，并不能保證目標(biāo)的真實(shí)距離正好是距離單元的整數(shù)倍，目標(biāo)可能會(huì)跨越在兩個(gè)相鄰距離單元之間[3]。為應(yīng)對這種情況下產(chǎn)生的漏警，選擇一個(gè)合適的滑窗寬度，對某個(gè)距離單元，從表1中讀取在各重相應(yīng)的視在距離單元，并依據(jù)這些視在距離單元從距離信息表中讀取距離信息，只要距離信息表每重的中有一個(gè)單元的值為1就判定該重發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的數(shù)達(dá)到或以上就判定當(dāng)前搜索的距離單元解距離模糊成功?；皩挾鹊拇笮∪Q于距離單元尺寸和信噪比，因過大的會(huì)導(dǎo)致過多的虛警，通常只取1。該方法可能會(huì)導(dǎo)致同一個(gè)目標(biāo)在連續(xù)個(gè)距離單元上均被解出，因此需要在搜索完所有距離單元之后對解算出的結(jié)果進(jìn)行融合。具體的融合規(guī)則是對相鄰距離單元的點(diǎn)，如果其速度差別在一定的容限內(nèi)就認(rèn)定為是同一個(gè)目標(biāo)，此時(shí)應(yīng)選擇滿足準(zhǔn)則最多的點(diǎn)作為輸出，如果滿足準(zhǔn)則數(shù)相同則選擇解速度模糊時(shí)均方誤差最小的點(diǎn)作為輸出。

2 解速度模糊

通常的速度解模糊方法是直接在多普勒頻域內(nèi)進(jìn)行的，但這對頻率捷變體制的雷達(dá)是不可行的，因?yàn)楫?dāng)雷達(dá)進(jìn)行頻率捷變時(shí)，每重采用的載頻是不同的，而對一個(gè)相對雷達(dá)波束徑向速度為的目標(biāo)來說，它在每重內(nèi)產(chǎn)生的視在多普勒頻率是與其載頻有關(guān)的，具體的關(guān)系為

（3）

式（3）中為光速，此時(shí)如果還繼續(xù)使用視在多普勒頻率來解模糊將無法正確解算出目標(biāo)的徑向速度。該文采用的方法是先將每重中參與解速度模糊的點(diǎn)的多普勒頻率轉(zhuǎn)換為視在徑向速度，然后在速度域上完成解模糊，轉(zhuǎn)換公式為

（4）

將重頻帶入式（4）可得對應(yīng)的非模糊速度，圖1所示為該文解速度模糊方法示意圖。由于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的相對速度是有限的，所以只需要在一定的速度范圍內(nèi)進(jìn)行解模糊即可，具體步驟如下。

Step1：在速度范圍內(nèi)，將距離解模糊成功后中的任意一個(gè)視在速度以進(jìn)行周期拓展，得到與此視在速度對應(yīng)的多個(gè)目標(biāo)速度值。

（5）

式（5）中的是使在范圍內(nèi)的所有整數(shù)。

Step2：按順序依次將所有分別進(jìn)行求模運(yùn)算，并以此為中心，以為速度誤差容限檢測各重內(nèi)是否有在范圍內(nèi)的視在速度，如果有則認(rèn)為該重上發(fā)現(xiàn)速度為的目標(biāo)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的數(shù)量達(dá)到或以上時(shí)就判定當(dāng)前搜索的速度解速度模糊成功，此時(shí)應(yīng)停止對剩余的再進(jìn)行搜索并記錄相應(yīng)的均方誤差。

（6）

式（6）中為重中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的數(shù)量，為第重發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的中在范圍內(nèi)的視在速度。

Step3：依次將中滿足距離解模糊的其他視在速度進(jìn)行Step1和Step2。

Step4：依次將至分別進(jìn)行Step1、Step2和Step3。

Step5：該方法會(huì)導(dǎo)致同一個(gè)目標(biāo)的速度在多重上均被解出，因此需要在執(zhí)行完以上4步之后對解算出的速度進(jìn)行融合處理。具體的融合規(guī)則是如果其速度的差別在容限內(nèi)就認(rèn)為是同一個(gè)目標(biāo)，此時(shí)應(yīng)選擇滿足準(zhǔn)則數(shù)最多的速度值作為輸出，如果滿足準(zhǔn)則數(shù)相同則選擇均方誤差最小的速度值作為輸出，如果均方誤差也相同則選擇其速度均值作為輸出。

3 仿真分析

以5重為例，采用3/5準(zhǔn)則，每重頻對應(yīng)的距離單元數(shù)分別取221、203、184、167、155，取75，取1，取2，取10000，取800，各的距離和速度遮擋比例分別取10%和14%，各的載頻在范圍3.5至3.7之間以5為間隔隨機(jī)捷變頻。

仿真時(shí)在各重內(nèi)按10-2的虛警率加入虛假恒虛警過門限點(diǎn)，并在目標(biāo)的視在距離和視在速度上加入服從無偏高斯分布的測量誤差。圖2和圖3分別為波束內(nèi)目標(biāo)個(gè)數(shù)分別為4、8和15時(shí)采用該文方法進(jìn)行200次解模糊所得的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

可以看出，在存在視在距離和視在速度測量誤差的條件下，該文所述的解模糊方法能保證有較高的正確率和較低的虛警率，且能適應(yīng)波束內(nèi)含有多個(gè)目標(biāo)的情況。

4 結(jié)語

該文詳盡闡述了一種適用于體制頻率捷變雷達(dá)的滑窗查表搜索解模糊方法，并進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)仿真。仿真結(jié)果表明該方法能在存在較大視在距離和視在速度測量誤差的條件下保證較高的解模糊正確率和較低的解模糊虛警率，且能適應(yīng)波束內(nèi)同時(shí)含有多個(gè)目標(biāo)的情況。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳順君，梅曉春.雷達(dá)信號處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：271-272.

[2] 王佳苗，楊菊，吳順君.一種脈沖多普勒雷達(dá)解距離模糊的新算法[J].雷達(dá)與對抗，2005（3）：38-41.

[3] Richards MA著，邢孟道等譯.雷達(dá)信號處理基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：207-211.