俞成龍，陳 旭

(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)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(duì)敵方飛機(jī)、艦艇及來(lái)襲反艦導(dǎo)彈等目標(biāo)進(jìn)行快速捕獲和高精度連續(xù)穩(wěn)定跟蹤[1]，實(shí)時(shí)向艦炮和防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)提供目標(biāo)的精確定位數(shù)據(jù)，供火控系統(tǒng)解算后引導(dǎo)武器，達(dá)到有效殺傷敵方來(lái)襲目標(biāo)的目的。

跟蹤雷達(dá)在對(duì)低空小目標(biāo)捕獲轉(zhuǎn)跟蹤或連續(xù)跟蹤過(guò)程中，需要從雜波中檢測(cè)出目標(biāo)的回波，并對(duì)目標(biāo)的回波幅度進(jìn)行門(mén)限判別，如目標(biāo)回波幅度滿足跟蹤條件，則對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。通常我們采用的中心門(mén)限為固定門(mén)限，門(mén)限值基本為經(jīng)驗(yàn)值，但是在真實(shí)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(biāo)回波，而且自動(dòng)增益控制(AGC)是隨跟蹤波門(mén)內(nèi)回波的起伏而變化的，較強(qiáng)的雜波容易造成AGC變化,引起接收機(jī)通道增益的減小，雜波中的目標(biāo)回波幅度也相應(yīng)變小，使得目標(biāo)回波幅度過(guò)不了中心門(mén)限，導(dǎo)致目標(biāo)的漏測(cè)或者跟丟。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的固定門(mén)限值存在缺陷，門(mén)限值過(guò)低會(huì)造成較高的虛警，將雜波檢測(cè)為目標(biāo)進(jìn)行跟蹤處理；門(mén)限值過(guò)高會(huì)將小目標(biāo)誤認(rèn)為雜波，造成目標(biāo)的漏測(cè)或跟丟?？梢?jiàn)，中心門(mén)限將直接影響到雷達(dá)能否有效捕獲和連續(xù)穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)，尤其是復(fù)雜的雜波背景下的掠海飛行小目標(biāo)，因此中心門(mén)限的計(jì)算和設(shè)計(jì)方法非常重要。

1 檢測(cè)處理方法概述

跟蹤雷達(dá)接收目標(biāo)指示，方位調(diào)舷到位后進(jìn)行俯仰角度捕獲掃描，同時(shí)信號(hào)處理根據(jù)距離指示值設(shè)置距離波門(mén)，在掃描過(guò)程中信號(hào)處理機(jī)判斷波門(mén)內(nèi)目標(biāo)回波幅度超過(guò)捕獲門(mén)限后，雷達(dá)天線停止掃描，信號(hào)處理機(jī)將跟蹤波門(mén)移到目標(biāo)回波中心，選取目標(biāo)回波中心前后各L個(gè)點(diǎn)的回波幅度，實(shí)時(shí)自適應(yīng)地計(jì)算中心門(mén)限，判斷被測(cè)目標(biāo)回波是否超過(guò)中心門(mén)限。若目標(biāo)回波超過(guò)中心門(mén)限，則雷達(dá)轉(zhuǎn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)，并在跟蹤過(guò)程中實(shí)時(shí)更新中心門(mén)限，保證穩(wěn)定跟蹤；若目標(biāo)回波未超過(guò)中心門(mén)限，則天線繼續(xù)掃描進(jìn)行目標(biāo)捕獲。

2 中心門(mén)限實(shí)時(shí)自適應(yīng)的小目標(biāo)檢測(cè)處理辦法

2.1 跟蹤雷達(dá)工作原理簡(jiǎn)介

跟蹤雷達(dá)工作原理如圖1所示，雷達(dá)在定時(shí)器的時(shí)序控制下，發(fā)射機(jī)將發(fā)射激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，通過(guò)收發(fā)開(kāi)關(guān)和雷達(dá)天線將電磁波向空間定向輻射，電磁波在遇到目標(biāo)后產(chǎn)生后向散射，形成目標(biāo)和雜波回波，通過(guò)雷達(dá)天線和收發(fā)開(kāi)關(guān)傳送至接收機(jī)[2]，接收機(jī)將處理過(guò)的中頻信號(hào)傳送到信號(hào)處理機(jī)，信號(hào)處理機(jī)對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行采樣、下變頻、脈壓等一系列處理后，再進(jìn)行目標(biāo)捕獲和距離跟蹤，并產(chǎn)生數(shù)字角誤差信號(hào)，伺服系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)處理機(jī)產(chǎn)生的角誤差信號(hào)、當(dāng)前天線指向數(shù)據(jù)、艦船搖擺數(shù)據(jù)等進(jìn)行相關(guān)處理驅(qū)動(dòng)天線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，完成對(duì)目標(biāo)的閉環(huán)跟蹤。綜合顯控系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)整機(jī)工作狀態(tài)和工作參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控并干預(yù)。

圖1 跟蹤雷達(dá)工作原理框圖

2.2 實(shí)時(shí)自適應(yīng)計(jì)算中心門(mén)限的小目標(biāo)檢測(cè)處理方法

跟蹤雷達(dá)接收到情報(bào)臺(tái)或火控臺(tái)的目標(biāo)指示，雷達(dá)方位調(diào)舷到位后進(jìn)行俯仰捕獲掃描(三維目指情況下可統(tǒng)籌雷達(dá)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(shí)間)，同時(shí)信號(hào)處理根據(jù)距離指示設(shè)置距離波門(mén)，在目標(biāo)掃描捕獲過(guò)程中，信號(hào)處理機(jī)判斷波門(mén)內(nèi)目標(biāo)回波超過(guò)捕獲門(mén)限后，雷達(dá)天線停止掃描，信號(hào)處理機(jī)將跟蹤波門(mén)移到目標(biāo)回波中心，選取目標(biāo)回波中心前后各L個(gè)點(diǎn)的回波幅度，計(jì)算出中心門(mén)限，判斷被測(cè)目標(biāo)回波是否超過(guò)中心門(mén)限。若目標(biāo)回波超過(guò)中心門(mén)限，則雷達(dá)轉(zhuǎn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)，并在跟蹤過(guò)程中實(shí)時(shí)更新中心門(mén)限，保證穩(wěn)定跟蹤；若目標(biāo)回波未超過(guò)中心門(mén)限，則天線繼續(xù)掃描進(jìn)行目標(biāo)捕獲。具體工作流程如圖2所示。

圖2 跟蹤雷達(dá)快速捕獲和穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)流程圖

雷達(dá)整機(jī)加電，通過(guò)天線對(duì)外發(fā)射和接收目標(biāo)回波信號(hào)，接收機(jī)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、增益控制，將歸一化后的中頻信號(hào)送給信號(hào)處理機(jī)，信號(hào)處理機(jī)根據(jù)距離波門(mén)的位置對(duì)距離波門(mén)內(nèi)提取的對(duì)數(shù)和路與線性和路通道的基帶視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[3]，實(shí)時(shí)生成數(shù)字AGC控制碼，接收機(jī)在AGC控制碼的控制下實(shí)時(shí)改變中頻放大器輸出的中頻信號(hào)幅度。雷達(dá)接收目標(biāo)指示數(shù)據(jù)，信號(hào)處理機(jī)根據(jù)目指距離數(shù)據(jù)移動(dòng)捕獲波門(mén)到相應(yīng)位置，伺服系統(tǒng)進(jìn)行方位調(diào)弦到位，并根據(jù)目標(biāo)類型進(jìn)行仰角捕獲掃描，當(dāng)檢測(cè)到目標(biāo)回波幅度超過(guò)捕獲門(mén)限時(shí)，天線在俯仰方向上停止掃描，信號(hào)處理機(jī)將跟蹤波門(mén)移到目標(biāo)回波的中心位置，進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤，信號(hào)處理機(jī)根據(jù)跟蹤波門(mén)的中心位置，選取目標(biāo)中心波門(mén)位置前后各L個(gè)點(diǎn)(每個(gè)點(diǎn)表示1個(gè)距離處理單元)的回波幅度，計(jì)算出中心門(mén)限，判斷目標(biāo)回波幅度是否過(guò)中心門(mén)限。如果是則雷達(dá)轉(zhuǎn)入對(duì)目標(biāo)的跟蹤狀態(tài)，在目標(biāo)跟蹤過(guò)程中實(shí)時(shí)更新中心門(mén)限，對(duì)目標(biāo)保持穩(wěn)定跟蹤。如果未超過(guò)中心門(mén)限，則繼續(xù)進(jìn)行目標(biāo)捕獲；同時(shí)如目標(biāo)回波幅度未超過(guò)捕獲門(mén)限，則繼續(xù)進(jìn)行掃描捕獲。中心門(mén)限U0的計(jì)算過(guò)程如圖3所示。

圖3 中心門(mén)限實(shí)時(shí)計(jì)算框圖

2.3 典型海情下目標(biāo)跟蹤仿真結(jié)果

利用1套跟蹤雷達(dá)、目標(biāo)和雜波信號(hào)模擬設(shè)備、目標(biāo)指示模擬設(shè)備進(jìn)行半實(shí)物仿真驗(yàn)證，目標(biāo)為空中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，運(yùn)動(dòng)軌跡為遠(yuǎn)離，目標(biāo)指示方位180°、距離5 km、速度250 m/s，目標(biāo)作等高勻速飛行，海情為三級(jí)。信號(hào)處理機(jī)根據(jù)目指距離數(shù)據(jù)，移動(dòng)捕獲波門(mén)到相應(yīng)位置，伺服系統(tǒng)進(jìn)行方位調(diào)弦到180°，伺服系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)類型，控制天線在俯仰角度上從0°向上開(kāi)始捕獲掃描。在掃描到俯仰角度為2.27°時(shí)，雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)判斷目標(biāo)回波強(qiáng)度為9 430，超過(guò)捕獲門(mén)限值5 000，天線仰角停止掃描，信號(hào)處理機(jī)將跟蹤波門(mén)移到目標(biāo)回波中心位置。信號(hào)處理機(jī)根據(jù)跟蹤波門(mén)中心位置，在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)到10 km的時(shí)刻(此時(shí)雷達(dá)仰角高度為1.14°)選取目標(biāo)回波中心位置前后各32個(gè)點(diǎn)的回波幅度xi進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)見(jiàn)表1和表2。

表1 目標(biāo)回波中心位置前32點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)

中心門(mén)限U0為6 431.92，此時(shí)目標(biāo)的回波中心強(qiáng)度為8 214，邊緣強(qiáng)度為8 192和7 997，目標(biāo)回波強(qiáng)度均值為8 163，判斷目標(biāo)回波幅度xD=8 163大于中心門(mén)限U0=6 431.92，而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的固定門(mén)限值為8 500，如以此門(mén)限來(lái)進(jìn)行判別，必將造成目標(biāo)的漏測(cè)和跟蹤丟失，不能對(duì)目標(biāo)保持連續(xù)穩(wěn)定的跟蹤，采用門(mén)限實(shí)時(shí)自適應(yīng)技術(shù)后，提高了對(duì)小目標(biāo)的檢測(cè)概率和連續(xù)穩(wěn)定的跟蹤能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

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

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

隨著電子技術(shù)水平和計(jì)算處理能力的提高，越來(lái)越多的智能化手段應(yīng)用到雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中[4]，使得雷達(dá)具有高的目標(biāo)和環(huán)境適應(yīng)能力，它通過(guò)對(duì)目標(biāo)和環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)、分析、學(xué)習(xí)、推理和規(guī)劃，根據(jù)天線指向、海情、目標(biāo)類型、目標(biāo)距離以及目標(biāo)回波大小等，采用實(shí)時(shí)自適應(yīng)技術(shù)調(diào)整脈沖波形、工作重頻、波門(mén)寬度、門(mén)限等參數(shù)，減小了寬脈沖脈壓帶來(lái)的雜波、大目標(biāo)副瓣對(duì)目標(biāo)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(biāo)，并增強(qiáng)了抗雜波和抗電子干擾的能力，提高強(qiáng)雜波下全程目標(biāo)檢測(cè)能力和跟蹤精度[5]，進(jìn)一步提升了雷達(dá)的跟蹤性能。