一种末制导雷达海面小目标检测模式研究

逯 程，李相平，赵 骏，李 睿，邓 焯

(1.海军航空工程学院 电子信息工程系，山东 烟台 264001; 2. 92665部队，湖南 张家界 427200)

【信息科学与控制工程】

一种末制导雷达海面小目标检测模式研究

逯 程1，李相平1，赵 骏1，李 睿2，邓 焯2

(1.海军航空工程学院 电子信息工程系，山东 烟台 264001; 2. 92665部队，湖南 张家界 427200)

为了解决当前末制导雷达检测海面小目标困难的问题，提出了一种基于距离扫描定位的间接角度测量模式。该模式运用距离向的扫描和一维信号处理目标检测方法，确定目标的距离信息；划分方位向波束扫描区域，运用二分法并结合距离向的检测结果，间接确定目标的方位信息。该种小目标检测模式避开了末制导雷达远距离测角精度受限问题，可以有效地检测海面小目标。

距离扫描定位；一维信号处理目标检测；区域划分；二分法

在现代海战中，反舰导弹是参与作战的主要武器，其作战性能往往是成败的关键。随着越来越多型号和功用的水面舰艇投入实用，反舰导弹需要打击的目标类型也不断增加。传统的反舰导弹设计思想认为能够产生较强雷达回波信号的海面大中型目标具有较大威胁性，故而导弹目标检测系统都是按照以攻击海面大中型目标为目的进行设计的。而今以导弹快艇为代表的海面小型舰艇拥有速度快、攻击性强、隐蔽性好等优点[1]，已然成为了海战中的重要威胁。由于海面小目标的雷达回波信号很容易淹没在海杂波之中[2]，原本用来捕捉海面大中型目标的导弹目标检测系统难以有效识别海面小目标。为此，需要寻求一种末制导雷达海面小目标检测模式来加强对海面小目标的检测。

1 传统检测模式检测海面小目标情况

末制导雷达最主要的任务就是完成对目标的“搜”和“捕”，即是完成搜索海面发现目标位置和精确跟踪移动目标这2个过程[3]。传统的末制导雷达采用单脉冲体制进行对目标角度的精确测量。常用的振幅和差式单脉冲雷达的波束由2个相同的子波束组成[4]，它们以天线轴为对称中心，如图1所示。

图1 振幅和差式单脉冲雷达波束示意图

而在探测海面小目标时，回波脉冲信噪比较高这一前提并不成立，海面小目标的回波信号较弱，其幅度与海杂波相近，经常淹没在海杂波之中。在这种情况下，单脉冲雷达接收目标回波的情况就发生了改变。单脉冲雷达的波束宽度是有限制的，因此其角度分辨率也是有限制的。常见的X波段末制导单脉冲体制雷达波束宽度一般在7°～9°，而Ka波段以及毫米波波段的雷达虽然波束宽度有变窄，但也很难缩减到1.5°以下。末制导雷达需要远程发现、跟踪目标，在距离目标几十千米之外就要有发现目标的能力，而在这个距离上的角度分辨率按较窄的波束宽度来算也在几百米左右。海面小目标的代表导弹快艇的长度一般不超过40 m，宽度一般不超过10 m。这就意味着在一个波束的角度分辨单元内存在着大量的海水区域，小目标的回波信号远远不如大片海水的回波信号强烈[5]。若是不采用其他方法进行信号处理，仅靠方位上就想测出小目标所在角度，是无法实现的。

2 基于距离扫描定位的间接角度测量模式

2.1 距离向目标检测

要实现对海面小目标的有效检测，必须改进末制导雷达的测角、测距模式。由于单脉冲雷达难以远距离测出小目标方位，因此改用其他雷达体制进行探测。建立一种基于距离扫描定位的间接角度测量模式。该模式下末制导雷达的天线波束无需像单脉冲体制一样由2个子波束组成，只需一个完整的波束，其波束宽度越窄越好。其距离向检测目标示意图分别如图2所示。

图2 距离向检测目标示意图

在距离向检测小目标时，探测脉冲宽度为τ，脉冲重复周期为Tr，距离扫描范围为Lmin～Lmax，导弹飞行速度为Vm，目标径向运动速度为Vt，电磁波传播速度为c。则波束距离向的分辨单元为

(1)

扫描一个距离探测范围所花费的时间为

(2)

依据常规的导弹参数计算，并设置Lf与小目标长度相仿，得到Ts是分秒量级的。则每一个周期Ts内，末制导雷达都在扫描范围Lmin～Lmax内无间隔地由远至近扫描了一遍，以每个波束距离向分辨单元Tf内的回波信号为基本数值形成了海面回波按照距离由远及近的一串数据。该数据串中只有一个距离点的数值是回波信号，其他距离点的数值是海杂波。这些海杂波是海面上一个连续的直线带形成的，符合海杂波的统计信息。运用相参积累和FRFT等信号处理方法[6-12]处理这个一维信息，可以将小目标回波信号区分出来，得到它的距离。

2.2 方位向目标检测

设波束宽度为φ，天线从左至右扫描一个扇形范围的总角度为φa。取一个合适的整数N，使得

(3)

并使φa落于20°～25°范围内。

令天线第一次从左至右扫描整个扇形范围的时间为

Ta=N·Ts

(4)

则在Ta时间内，把末制导雷达的方位扫描范围等分成了N个区域，每个区域角度范围与天线波束宽度相同，且扫描时间为Ts，恰好是距离扫描的一个周期。运用距离向一维小目标检测方法，可以知道小目标所在角度区域和距离区域。即第一次扫描就可以确定目标的大致方位和距离。

第二次扫描确定目标的具体方位和距离信息，波束的扫描范围为第一次扫描确定的小目标所在角度区域中心角度±φ。其方位向检测目标示意图如图3所示。

图3 方位向检测目标示意图

当波束扫描处于不同的位置时，根据距离向一维信号检测的结果，存在波束能够检测出目标和波束不能够检测出目标2种情况。图3中，位置1表示未能检测出目标的波束角度；位置2表示扫描过程中第一次能够检测出目标的波束角度；位置4表示扫描过程中最后一次能够检测出目标的波束角度；位置3表示扫描过程中介于位置2和4之间一直能够检测出目标的任一波束角度。海面背景在方位向连续扫描的过程中是一个随机过程，其回波信号能呈现出特有的统计规律[13]。认为在位置2和4恰好能够在距离向检测出目标时，目标相对于2个波束中心角度的偏角是相同的。因此，精确的目标角度可表示为

(5)

其中：φ2和φ4分别为位置2和4的波束中心角度。

对于任意一个波束位置，要确定其中是否有目标，都要经历一次距离向的扫描和一维目标检测，要花费一定的时间。所以，在确定位置2和4时，不能连续地扫描细小的角度单元。对此采用二分法来解决。在第二次扫描的左半区域，先将波束对准该区域的中心角度，进行一次距离向的扫描和一维目标检测。若检测出目标，则下一个波束角度位置确定为左侧半区域的中心角；反之，则下一个波束角度位置确定为右侧半区域的中心角。重复以上步骤直至达到所需的角度测量精度。根据现有末制导雷达参数及角度测量精度要求，可得用二分法确定位置2和4总共至多需要12Ts，其数值为秒量级，符合实际要求。

3 结论

采用该种基于距离扫描定位的间接角度测量模式，从理论上可以解决当前末制导雷达难以检测海面小目标的检测机制问题。该检测模式巧妙地避开了末制导雷达远距离测角精度受限的问题，运用距离向的扫描和一维目标检测间接地得出目标的角度信息。该种测量模式检测海面小目标相对于传统的单脉冲模式检测海面普通目标，其得到目标距离和方位信息的时间都在合理范围之内但相对较长，因此也需要改进目标跟踪机制。

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(责任编辑 杨继森)

Study on Small Sea Surface Target Detection Mode in Terminal Guidance Radar

LU Cheng1, LI Xiang-ping1, ZHAO Jun1, LI Rui2, Deng Zhuo2

(1.Department of Electronic and Information Engineering, Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, China; 2.The 92665thTroop of PLA, Zhangjiajie 427200, China)

In order to solve the issue that it is difficult for current terminal guidance radar to detect small targets on sea surface, we established a kind of indirect angle measuring mode based on positioning by scanning in distance. This mode used the methods of scanning in distance and one-dimensional signal processing target detection to determine the distance information of target; with the method of dichotomy and the result of detection in distance, azimuthal beam scanning area was divided to determine the azimuthal information of target indirectly. This kind of small target detection mode avoids the long-range terminal guidance radar problem of limited angular accuracy and it can detect small targets on sea surface effectively.

positioning by scanning in distance; one-dimensional signal processing target detection; area partition; dichotomy

2015-03-02

逯程(1990—)，男，硕士研究生，主要从事于反舰导弹天线与攻击海面小目标等方面的研究。

10.11809/scbgxb2015.08.031

逯程，李相平，赵骏，等.一种末制导雷达海面小目标检测模式研究[J].四川兵工学报，2015(8):124-126.

format:LU Cheng, LI Xiang-ping, ZHAO Jun, et al.Study on Small Sea Surface Target Detection Mode in Terminal Guidance Radar[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(8):124-126.

TJ761.14; E933.6

A

1006-0707(2015)08-0124-03