高重频雷达导引头变PRF抗遮挡方法设计

何华兵，李文龙，杨士义

(1.中国空空导弹研究院，河南洛阳 471009;

2.驻中国空空导弹研究院军代表室，河南 洛阳 471009)

高重频PD雷达主动导引头采用高重频脉冲波形跟踪目标，以确保弹目相对速度测量不模糊和大范围无杂波区，同时导引头发射脉冲存在一定的宽度，当目标回波到达导引系统时正值发射机发射脉冲期间，由于接收机关闭而不能收到目标回波信号，将导致遮挡问题。遮挡问题是由高重频PD雷达自身体制所造成的，雷达要对目标进行跟踪，就必须消除或在某种程度上补偿它［1，2］。对于能精确测量距离的导引头，可以根据弹目距离选择合适的重频使目标回波处于透明区，但对于测距模糊的高重频雷达导引头，则无法直接利用测得的目标距离信息抗遮挡;文献［3］在单PRF情况下，采用“记忆”跟踪方法解决遮挡问题，优点是采用软件进行补偿，不需要增加额外的硬件开销，但是该方法需要对目标的加速度有较为精确的预测，在遮挡周期较长或目标机动的情况下，影响跟踪精度，甚至面临目标丢失的风险［4］。基于此，本文提出一种稳健的变PRF抗遮挡方法，使不能测距的高重频PD雷达导引头具备抗遮挡能力。

1 遮挡现象分析

图1所示为目标回波遮挡示意图，定义发射脉冲和接收选通脉冲均在高电平时有效。

图1 目标回波遮挡示意图

其中τ为发射脉冲宽度，τr为接收机选通脉冲宽度，T为脉冲重复周期，t1、t2分别为发射脉冲前沿和后沿保护延迟，具体延迟数值与接收路PIN开关控制特性相关，需要在调试中调整。

以第一个发射脉冲的前沿为计时零点，目标回波的位置为

其中:R为弹目距离;c为光速。结合图1可知，随着弹目距离的接近，R逐渐减小，则目标回波将周期性地进出遮挡区和透明区，即回波信号陆续进入“透明区－半透明区－遮挡区－半透明区－透明区”，遮挡周期为Te=(c/(2v))T。出于工程应用的简化考虑，将这一过程分为:“透明区”和“遮挡区”。

2 抗遮挡方案

通过改变PRF，可以保证在整个检测的距离内至少有一个PRF不被遮挡［5］，基于此，本文提出一种变PRF抗遮挡方法，通过对限定频率范围内的PRF进行分析，根据优选策略确定一组PRF，针对载机能否提供较精确的初始装订距离，分别设计不同的PRF切换方式，由导引头软件控制优选PRF按照不同的方式切换工作，完成抗遮挡任务。

2.1 PRF 优选策略

由图1可知，目标处于透明区的条件

其中:mod为求余运算;保护延迟t1、t2分别取值175 ns、50 ns。本文提出的PRF优选策略流程如图2所示。

图2 PRF优选流程

2.1.1 确定重频范围

为了保证导引头实现无模糊测速，及前半球攻击时不受地杂波的影响，所选取重频的最小值 frmin应满足式(4)［6］

其中，fTmax=2VTmax/λ为目标多普勒频移最大值，fMmax=2VMmax/λ为旁瓣杂波多普勒频移最大值，VTmax、VMmax分别为目标、导弹速度最大值，λ为工作波长;发射波形的重频最大值frmax为发射机最高调制频率;

在frmin至frmax的频率范围内，确定n个候选重频fr1～frn;由于重频是由导引头晶振频率分频得到的，所以候选重频应是导引头晶振频率的整数分频。

为了防止重频的高次谐波形成假信号，应保证不使其高次谐波落入接受机带内，对于接收机中心频率FC，带宽Bf，当频率frb落入中心频率左右一半带宽内，即

则放弃该频率，否则将该频率作为一个候选重频 fri(i=1，2，…，n)，其中k为任意整数;直到确定n个候选重频为止。

2.1.2 建立候选重频组

根据导引头信号交换周期考虑重频组应包含的重频个数，一般应选取3～5个重频作为一个重频组，为此从上述n个候选重频中任意抽取5个组成一个候选重频组，则共有个候选重频组。

2.1.3 确定最优重频组

根据重频的遮挡性能确定最优重频组，统计候选重频组Fi(i=1，2，…，)的遮挡性能。弹目距离R=1～25 km以步长α=10 m变化，若在某一弹目距离点上，Fi中的一个候选重频满足式(3)，则表明该候选重频在这一弹目距离点上使目标回波处于透明区，定义该候选重频的遮挡性能为0;否则该候选重频使目标回波处于遮挡区，定义其遮挡性能为1。这样就得到一个以0或1为值的1×2 400的数组，该数组表征该候选重频的遮挡性能;分别统计该重频组Fi中的5个重频的遮挡性能后，将5个1×2 400数组相加，得到的和数组即表征该候选重频组Fi的遮挡性能;若和数组中的某个数值为5，则表明在某个距离点上，该组的候选重频使得目标回波一直处于遮挡区;统计该和数组中数值为5的个数，记录为Xi，则Xi的大小代表了目标回波一直处于遮挡区的距离点个数。

对比所有候选重频组Xi值，将最小的Xi值所对应的候选重频组确定为最优重频组，得到对应的重频fr1～fr5。

2.2 PRF 切换方法

PRF切换方法总的来说有两类［7］，循环依次切换PRF，根据弹目距离信息进行适时切换。

一般是按照一定的帧周期间隔顺序循环切换，这样，至少有一个PRF不被遮挡，该方法实现简单，但由于其随机，以及各个PRF遮挡距离的非周期性，无法完全回避遮挡，且会使信噪比下降，增大漏检概率，切换频繁的情况下容易使系统工作不稳定。

因此，可以连续检测回波信号电平，当判断为进入遮挡区则切换PRF，判断是否进入遮挡区的方法:对半个遮挡周期内的回波信号强度过门限情况进行统计，若检测信号强度未过门限3次及以上，则认为目标进入遮挡区，为保证系统稳定性，维持该PRF半个遮挡周期，然后切换至下一个PRF;若检测信号强度过门限5次及以上，则认为目标进入透明区，保持当前PRF。

可以利用弹目距离信息准确计算出信号是否处于遮挡区，在遮挡发生前切换PRF，关键在于如何计算弹目距离信息。对于高重频导引头，可以较精确地测得目标速度，因此，若载机能提供较精确的初始装订距离，则可以在截获后通过对弹目距离的径向速度积分来获得弹目距离信息，如式(5)

R0为载机提供的初始装订距离，每帧更新，fd为最新的回波多普勒速度测量值，每帧更新，若当前帧没有截获目标，则由前一帧的速度测量值外推当前帧的速度值。

计算出弹目距离R后，可根据式(3)算出无遮挡的PRF，并切换至该PRF工作。

当载机能提供较精确的初始装订距离R0时，应当使用方法2)，但是如果载机受到干扰而不能提供精确的初始装订距离，则应使用方法1)。

3 试验结果及分析

首先，根据PRF优选策略确定一组PRF。

1)确定重频范围。已知参数 VTmax=3 Ma，VMmax=4.5 Ma，λ =1.7 cm，则由式(4)计算得重频最小值 frmin=480 kHz;重频的最大值frmax=550 kHz;

2)确定n个候选重频。在frmin至frmax的频率范围内，确定满足2.1)和2.2)的重频有22个，部分如下:

3)建立候选重频组。从上述22个候选重频中任意抽取5个组成一个候选重复频率组，则共组成C522=26 334个候选重频组;

4)确定重频组。由式(3)分别统计重频组Fi(i=1，2，…，26 334)的遮挡性能，确定重频组为

然后，选择合适的重频切换方式切换确定的5个重频，当载机能提供较精确的初始装订距离时，计算出弹目距离信息并判断信号是否处于遮挡区，在遮挡发生前切换PRF;当载机受到干扰而不能提供精确的初始装订距离，则应按照一定的帧周期间隔顺序循环切换。

在试验室内通过观测接收机回波检波电压可知导引头抗遮挡效果，若检波电压值在0 V附近表明回波处于遮挡区，大于1 V表明回波处于透明区，图3、图4分别为采用变PRF抗遮挡方法前后检波电压的值。

由图3、图4可知，在导引头工作时间内，采用本文方法前目标周期性的进入遮挡区和透明区，采用本文方法后检波电压值稳定处于1.6 V附近，达到了抗遮挡的目的。

图3 采用本文方法前检波电压值

4 结论

本文提出了一种变PRF抗遮挡方法，该方法使得测距模糊的高重频PD雷达导引头具备抗遮挡能力，提高了导引头对目标的检测性能和跟踪能力。试验表明:提出的方法具有较好的抗遮挡性能。进一步研究需注意解决PRF转换时可能引起的系统工作不稳定的问题。

［1］ 董胜波，张文涛，张晓峰，等.脉冲多普勒雷达导引头遮挡问题解决方法研究［J］.宇航计测技术，2008，28(3):1－4.

［2］ 吴兆欣，洪信镇，李德纯，等.空空导弹雷达导引系统设计［M］.北京:国防工业出版社，2007.

［3］ 陈付彬，孙洪忠，张军.记忆跟踪在HPRF-PD雷达中抗距离遮挡的应用［J］.制导与引信，2008，29(3):42 －47.

［4］ 沈康.PD雷达系统中“遮挡”问题的分析及处理［J］.航空兵器，2006(1):38－40.

［5］ 王莹，苏宏艳，朱淮成，等.HPRFPD末制导雷达抗遮挡方法设计［J］.微波学报，2010(S1):631－634.

［6］ 张直中.机载雷达导论［M］.北京:机械电子工业部第十四研究所，1990.

［7］ 吉炳奇.毫米波雷达导引头抗距离遮挡技术研究［D］.北京:清华大学，2004.

(责任编辑杨继森)