一种基于雷达天线方向图修正目标方位的算法与实现

颜波涛

(中国电子科技集团公司第38研究所 合肥 230031)

一种基于雷达天线方向图修正目标方位的算法与实现

颜波涛

(中国电子科技集团公司第38研究所 合肥 230031)

提出了一种基于雷达天线方向图修正目标方位的算法与程序实现。利用天线扫描对回波脉冲相干积累的影响规律，用插值查表的方法获得目标方位修正值。实践表明，该方法在不显著增加计算量，能够有效的提高目标方位精度。文章最后提供了某新型雷达的实际使用效果，证明了该方法的有效性。

天线方向图;相干积累;方位精度;算法与程序实现

0 引言

在低空、近程二坐标雷达系统中，半功率波束宽度内脉冲数较多。传统测方位的做法为，在以FFT批处理相干积累后进行二进制滑窗式积累，借助于目标的开始和结束，经过修正求出目标方位中心［1－2］。

现代雷达中对抗干扰、反二次回波和探测低慢小目标等方面提出了更高的要求，从而要求雷达的时序更为复杂。图1所示的雷达时序关系中不难看出无法利用传统的方法来得到目标的中心方位，取得目标真实方位变得尤为困难。

在机械扫描的二坐标雷达中都存在一个共性问题，信号处理获得的码盘方位是波束的中心方位，与目标的真实方位之间存在一定的方位误差。在信号处理滤波器采用动目标检测方式时，送到后端点迹处理的方位一般都用进行相干积累的第一个脉冲作为目标的方位，这两个方面都会造成信号处理在送给点迹凝聚的方位和目标真实方位之间存在误差，加之后端处理的误差积累，对于点迹滤波和点航迹的稳定可靠的跟踪有非常不利的影响［3－4］。

通过以上的分析，这种时序关系下目标真实方位误差的问题有待解决，本文提出了一种利用雷达水平波束图来对目标真实方位进行校正，在信号处理端修正方位误差，提高送给点迹凝聚的方位精度。

表1 “方位误差－脉组增益差”对照表

1 雷达目标方位修正的方法

当目标与天线波束交会时，回波幅度受天线形状调制，通常我们设定天线方向图为高斯分布，这比较接近实际情况［5］，如图2所示:

雷达回波与天线交会时，回波受天线方向图的调制可表示为:

式中A为处于波束中心θ0时的最大回波幅度，θ为方位角，θ0.5半功率波束宽度。当回波幅度为f(θ1)时对应的方位角为θ1，回波幅度为f(θ2)时对应的方位角为 θ2，即

我们通过连续移动滑窗对经过MTD的目标幅度进行计算。计算结果表明，经过天线波瓣图调制的回波幅度与接着进行MTD处理后的幅度分布规律几乎是一样的，利用式(1)我们可以生成天线方向图的“方位 －增益”数据表。

从图1中可知在CPI1内可收到5个待积累的脉冲回波，在进行5点MTD处理的同时，将整个的5个脉冲分为1、2、3和3、4、5前后两组分别称为“半脉组1”和“半脉组2”。由于波束扫描造成的每个待积累的回波脉冲幅度不同，从而使得半脉组1和半脉组2的相干积累后的功率相互之间有三种关系:大于、小于和等于，大于和小于。根据半脉组1和半脉组2的方位差值，结合天线方向图的“方位 －增益”数据表，可计算出波束每个位置上两个半脉组之间的增益差，完成“方位误差 －脉组增益差”。通过插值查表可以确定回波真实位置和天线码盘给出的波束中心位置之间方位差，从而确定目标真实位置的准确的方位值。

2 “方位误差－脉组增益差”对照表生成

假设在一个CPI周期中某脉组共用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T(ms)，则算法步骤如下;

S1:计算脉冲的收发延迟τ=R/150ms，对应的波束转角

S2:将天线方向图的“方位 －增益”表错位 ，然后再两表想加，得到该距离目标对应的“方位 －发射接收增益和”对照表。

S4:用S2中计算出的“方位－发射接收增益和”对照表，按照以下的方法计算该方位对应的“半脉组起始方位 －半脉组增益”参照表。假定S2中方位 对应的发射接收增益和为G，则从 开始的半个脉组(n个脉冲)的增益积累值为:

S5:计算从各个方位起始的“半脉组增益差”参照表，若脉组时序有2n个脉冲，则从方位 开始的全脉组对应的脉组1和脉组2增益差参考值为:若脉组时序有2n+1个脉冲，则从方位 开始的全脉组对应的脉组1和脉组2增益差参考值为:按照一定的精度要求的步进值，对所有 进行计算，得到:“方位误差 －脉组增益差”对照表［6］。

本文以图1所示某个新型两坐标雷达时序为例，根据该雷达精度要求和波束宽度选取 的步进值为0.01°，最大误差值为±1.5°，生成的“方位误差－脉组增益差”对照表如表1所示。

3 目标方位修正C++程序实现

4 算法实施效果

利用脉冲组1(n个积累脉冲)相干积累后的输出和脉冲组2(n个积累脉冲)相干积累后的输出之间的增益差，对“方位误差－脉组增益差”对照表进行插值，得到相干积累的全脉组第一个脉冲相对于波束中心值的修正方位Δ ，则中心方位和修正方位的和为目标的真实方位。

通过命令行参数可以开放和关闭方位修正功能，对同一批目标在PPI上的显示效果如下图所示:

其中图3和图4为未启用目标方位修正功能的点迹和航迹图，图5和图6为启用目标方位修正功能的点迹和航迹图。

由上图可见启用该方位修正方法后，目标的点迹方位精度明显提高，为目标稳定可靠的跟踪提供了必要的保证。

5 结束语

在主处理进行全脉组MTD处理的同时，利用全脉组同样的回波脉冲分成前后两个脉组计算方位误差，现代雷达的信号处理全软件化实现为该过程提供了实现基础。原来属于数据处理范畴的各种功能可以方便有效的在信号处理系统来实现。通过以上分析在花费很少计算量的前提下，显著提高了点航迹的方位精度。如何利用算法程序根据不同目标和距离实时生成“方位误差－脉组增益差”对照表，进一步提高该算法的实施效果有待研究。

［1］刘延东.改善MTD雷达方位测角精度的方法［J］.现代雷达，1994(5):19－26.

［2］张财生.非合作双基地雷达发射天线扫描调制影响分析［J］.系统工程与电子技术，2011(5):1023－1026.

［3］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.

［4］杨春海.一种改善雷达方位精度的方法研究［J］.科技信息，2011(17):76－77.

［5］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.

［6］尚伟科.一种基于半脉组积累的雷达目标方位修正方法［J］.舰船电子对抗，2015(2):30－32.

［7］Gregory Satir，Doug Brown.C++语言核心.张铭泽.

Algorithm and Implementation of Target's Azimuth Correction Based on Radar Antenna Radiation Pattern

Yan Botao
(The No.38 Research Institute of CETC，Hefei 230031)

Algorithm and programming implementation of target's azimuth correction based on radar antenna pattern is proposed.Based on the laws of radar scanning influence on echo pulse coherent accumulation，target's azimuth is corrected by using interpolation look－up table.Practical application shows that target's azimuth accuracy can be improved effectively without increasing calculation load obviously.Actual results obtained at some radar verified validity of the approach.

antenna radiation pattern;coherent accumulation;azimuth accuracy;algorithm and programming implementation

TN957.2

A

1008-8652(2017)01-051-04

2016-02-01

国家科技支撑计划项目编号(2011BAH24B06)

颜波涛(1979－)，男，工程师。主要研究方向为雷达信号处理技术。