一种基于半脉组积累的雷达目标方位修正方法

尚伟科，左 斌，孙元峰，张金元

(中国电子科技集团公司第38研究所,合肥 230088)



一种基于半脉组积累的雷达目标方位修正方法

尚伟科，左 斌，孙元峰，张金元

(中国电子科技集团公司第38研究所,合肥 230088)

提出了一种基于半脉组积累的雷达目标方位修正方法，通过在动目标检测(MTD)处理之前进行方位校正，可以有效减小回波的方位误差，为后续的点迹凝聚和航迹跟踪提供有效保证。该算法简单实用，易于工程实现。文章的最后提供了实测雷达数据的信号处理结果，证实了该方法的有效性。

动目标检测；点迹提取；方位精度；半脉组积累

0 引 言

在雷达技术指标中，方位精度是一项非常重要的内容。点迹的方位精度直接影响到终端点航迹相关和航迹跟踪，从而影响到雷达的整机性能。因此，点迹的方位精度问题一直受到雷达界学者和工程师们的广泛重视，并涌现了大量的研究成果[1-3]。这些工作主要集中在点迹凝聚模块中的方位凝聚算法，以期提高凝聚点迹的方位精度[4-5]。

为了适应对低慢小目标探测、反二次回波、抗有源干扰等需要，现代雷达的时序不再是简单的单一模式，长短脉冲组合、脉组脉间自适应捷变频等成为最新雷达常用的波形模式[6]。在得益复杂时序模式带来优势的同时，随之而来的问题如回波的方位抖动等必须引起研究人员的重视。

另一方面，由于在信号处理的前端，码盘所报的回波方位是实时的波束中心方位(并不是每个回波的真实方位)，由此会引起较大的回波方位误差。经典的动目标检测(MTD)理中，一般采用全脉组积累以提高积累得益，而生成的积累信号一般选用脉组中某一指定被积累回波的方位，然后送给点迹模块做后续处理。这就引起了一个问题：在点迹凝聚的前端，回波方位很可能已经产生了较大的误差。再经由点迹方位凝聚的误差积累，非常不利于后端的点航迹相关和稳定跟踪。

针对以上问题，本文提出了一种基于半脉组积累的目标方位修正方法，实现了对回波信号的方位校正，从而在点迹凝聚的前端有效减小了误差，为提高点迹的方位精度、点航迹准确相关以及稳定跟踪提供了保证。

1 问题描述

图2 径向飞行的目标3帧方位示意图

2 一种基于半脉组积累的目标方位修正方法

由上小节的分析可以看到，造成回波方位误差的原因在于误将波束中心方位当作了目标回波方位，而事实上两者之间有最大为半个波束宽度甚至更大的误差。所以希望能提出一种方法，能够估计出目标回波相对于波束中心的实际偏置角，然后将码盘方位实时地修正到目标回波的真正方位。

假设目标在一个相参处理间隔(CPI)周期内的雷达横截面积(RCS)以及其他外部环境变化忽略不计，则目标回波功率仅仅取决于天线的发射和接收增益。图3所示为在1个CPI内收到的同一目标的6个待积累脉冲回波。在传统MTD处理时，采用全脉组积累，通常选取第1个回波的方位(码盘方位)作为积累之后的目标方位。这里在作MTD之前，先采用半脉组处理，将整个脉组平均分为前后两部分，然后分别积累。可以看出，在第1种情况下，前半个脉组的积累信号功率小于后半个脉组；第2种情况下，前半个脉组的积累信号基本等于后半个脉组；第3种情况下，前半个脉组的积累信号大于后半个脉组。于是通过比较前半个脉组与后半个脉组的信号强度，就可以确定回波落在波束中心的大致位置。所以，由于波束扫描造成信号的收发增益不同，结合天线水平方向图“方位-增益”测试数据，计算出波束每个方位位置上对应的半脉组增益差参考值，完成“方位-半脉组增益差”对照表，通过插值，便可以确定回波相对于波束中心的准确方位角。

图3 1个脉组的脉冲回波相对于波束的位置

3 算法流程

假设在一个CPI周期中某脉组共有2n(或者2n+1)个脉冲，目标所在距离为R(km)，天线周期为N(s/rad)，脉冲重复周期为T(ms)，前、后半脉组(各n个脉冲)的功率积累值分别为G1，G2(dB)。假定天线中心与波束中心重合，该脉组时序触发时，第1个脉冲发射对应的码盘方位为α(°)，则算法步骤如下：

STEP2：将天线“方位-增益”表错位φ，然后两表相加，得到该距离目标对应的“方位-发射接收增益和”对照表。

STEP6：根据G1-G2的值，对照STEP5得出的“方位-半脉组增益差”对照表进行插值，得到全脉组的第1个脉冲相对于波束中心的方位ΔΨ，则α+ΔΨ就是目标的真实方位。

4 实验验证

该算法已被应用于最新研制的某新型雷达信号处理系统模块。为了减小信号处理的计算负担，同时考虑到方位误差在远区表现较为严重，将上述算法的STEP1简化为在大于1/2威力的适当距离处统一计算收发时延造成的收发增益错位，这样就避免了对每个目标每一帧的实时计算，大大减小了信号处理的计算量。在方位范围取值上，一般取2～3倍波束宽度范围，精度0.01°步进即可。

针对该型雷达参数，统一在大约2/3威力距离处计算了收发时延造成的收发增益错位，并通过仿真计算证实了由此造成的估计误差不大于0.05°，在可接受的范围内。按照上节算法流程得到的“方位-半脉组增益差”如图4所示。

图4 由某新型雷达参数计算出的方位-半脉组增益差(0.01°步进)

通过上述算法流程的插值校正，在该雷达的信号处理平台上运行实测数据，得到10帧的方位修正效果。图5表示不启用半脉组方位修正时10帧回波信号处理效果；图6表示同一批数据在启用半脉组方位修正时10帧回波信号处理效果。

图5 不启用半脉组方位修正时10帧回波信号处理效果

为了便于对比，放大了PPI显右上角4批径向

图6 启用半脉组方位修正时10帧回波信号处理效果

飞行的目标回波处理情况，可见基于半脉组积累的方位修正方法大大减小了回波的方位误差，可以显著提高后续点迹处理的精度和航迹跟踪的稳定性。

5 结束语

本文提供了一种基于半脉组积累的回波方位修正算法，通过在MTD之前按照该方法进行方位修正，可以显著减小目标回波的方位误差，有效提高后续的点迹方位精度，有利于点航迹相关和目标跟踪。该方法简单可靠，计算复杂性小，已在某新型雷达信号处理系统中得到了实际应用。如何设计智能自适应算法，减小随机误差，进一步提高修正精度，是我们下一步研究的方向。

[1] 段志宏.电扫描恒差测向体制中方位的计算方法[J].舰船电子对抗，1994(6):17-23.

[2] 张鸿喜,于明成.频率捷变对目标阵列精位控制的影响[J].舰船电子对抗，2007,30(4):33-35.

[3] 曲洪旭.地面警戒雷达准确的方位标定方法[J].舰船电子对抗，2008,31(5):95-77.

[4] 李川.利用凝聚点迹来分析雷达的探测精度[J].雷达科学与技术,2003,1(2):80-83.

[5] 杨春海.如何提高米波雷达的方位精度[J].雷达科学与技术,2007,5(3):171-174.

[6] Skolnik M I.雷达手册[M].中国电子科技集团公司第14研究所译.北京:电子工业出版社,2003.

A Revision Approach for Radar Target Azimuth Based on Semi-burst Accumulation

SHANG Wei-ke,ZUO Bin,SUN Yuan-feng,ZHANG Jin-yuan

(No.38 Research Institute of CETC,Hefei 230088,China)

This paper presents a revision approach for radar target azimuth based on semi-burst accumulation.Through the azimuth revision before motive target detection (MTD),the echo azimuth error can be remarkably reduced,which effectively guarantees the successive plot extraction and flight tracking.The algorithm is simple and applicable,and easy to be realized.In the end,the signal processing results of actual radar data are provided to demonstrate the validity of the approach.

motive target detection;plot extraction;azimuth precision;semi-burst accumulation

2014-12-22

国家科技支撑计划重点项目,项目编号:2011BAH24B06

TN957.51

A

CN32-1413(2015)02-0030-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.02.009