单脉冲雷达数据采集及处理方法

蒋立民

（91245部队，辽宁葫芦岛,125001）

单脉冲雷达数据采集及处理方法

蒋立民

（91245部队，辽宁葫芦岛,125001）

在载人航天、编目空间目标以及对战区导弹进行预防警报等方面单脉冲测量雷达有着极为重要的实用价值，而脉冲雷达的核心就是数据的采集与处理，数据采集与处理在脉冲雷达完成各项工作时发挥的作用是十分重要的。本文结合了进行研究的单脉冲测量雷达，对脉冲雷达关于数据处理方面的功能、结构组成、工作原理以及工作中使用的算法和实现的方法进行了系统的阐述。针对新型单脉冲测量雷达的一些关键特点进行分析。

单脉冲测量雷达；RCS；雷达标校；测量精度

1 单脉冲测量雷达的研究背景与研究目的

1.1 单脉冲测量雷达研究的背景与实际意义

伴随着我国启动航天事业，脉冲测量雷达也就随之产生了，脉冲测量雷达在一九七零年的我国第一颗人在卫星发射的过程中起到了极为重要的作用。其主要特点包括以下几点。

（1）测量时有很高的精确度，对火箭、导弹以及各种不同类型的飞行器的发射与飞行进行十分精确的数据监测，为我国航天领域的试验以及研究工作提供安全可靠的数据信息。

（2）有很高的数据率以及实时性，脉冲测量的工作严格受到脉冲重复周期的工作频率影响，因此在数据的测量中也是按照脉冲重复周期来进行的，所以说测量的时效性与精确度都受到数据率的影响。

（3）全天候工作的能力比较强，脉冲测量雷达和其他光学测量设备严重的受天气变化影响不同，脉冲测量雷达在恶劣的天气下也可以进行全天候的正常工作。

雷达的数据处理分系统在雷达的整体系统中处于核心地位，有着十分重要的作用，可以完成目标的搜索确定以及跟踪的任务，并且对雷达所测量到的数据进行实时的修正。雷达的数据处理分系统是由几台计算机共同组成，信息通过内部网络进行交换。

1.2 单脉冲测量雷达研究的具体目的

雷达系统的核心问题就是数据处理方面的问题，它关系着雷达对各项功能的完成重读，最近几年以来，脉冲测量雷达的理论以及应用技术正在突飞猛进，越来越多的功能正在被开发与完善中，雷达的数据处理方面也要有更新的要求。

雷达数据处理的组成由硬件与软件两方面的平台组成，平台通过数据控制接口把信息与分系统相交换，正因如此雷达的数据研究可以分为以下三个方面。

（1）雷达数据处理的硬件平台方面。硬件平台也就是指程序运行的硬件环境，随着技术的不断进步，数据处理的硬件平台业发展成为现在的主流微机，相比于原来的单板机来说性能从根本上产生了巨大的飞跃。数据处理的硬件平台最为理想的目标就是体积更小，且更加的智能，当前的高性能计算机为这一目标的实现提供了更好的硬件支持。

（2）雷达数据处理的软件平台方面。软件平台也就是指程序运行的软件环境，也就是“系统”，随着软件技术的突飞猛进，数据处理的软件平台也变成了Windows系统以及实时性特别高的VxWorks系统；在数据处理系统中软件平台的要求就是要做到精简，以及有较高的实时性，并且要安全可靠，新型的软件技术已经基本达到要求。

（3）雷达数据处理的接口方面。雷达系统如果想要更好的完成任务，那么各个分机系统都要互相配合来进行信息的传递工作，所以对各个输入接口以及输出接口的定义一定要做好，只有这样才可以对雷达各系统之间进行信息交换的准确以及实时性进行更好的保证，雷达系统才可以更好的完成任务。

2 单脉冲测量雷达的数据处理理论

2.1 单脉冲雷达数据处理理论概述

数据处理系统是控制整个雷达系统的核心，掌握着信息的交换与数据的处理，它提取接收到的回波数据中的测量点，并进行处理，控制雷达的跟踪以分配能量；实现对目标的探索以及跟踪；计算目标的RCS，生成并显示出航迹数据；对雷达测量到的数据进行修正；完成雷达数据的标校以及对事后数据进行系统的处理。随着脉冲测量雷达的功能逐渐增强，对数据处理方面的要求同样也升高了，下面几个方面可以更好的体现出来。

（1）目标的容量方面：新型的脉冲测量雷达需要跟踪更多的目标，这就对数据处理系统有了更高的要求，系统要有更强的容量以及处理能力，这体现在硬件更高的配置和更优秀的处理能力上。

（2）目标的跟踪精度方面：新型脉冲测量雷达在目标的跟踪方面有着更高的精确度，这就对数据处理的要求更高，数据处理要使用更为科学合理的算法。

（3）越长，雷达的跟踪性能就越弱，反之转换时间越短，雷达的跟踪性能就更为优秀，这就要求数据处理要有比较优秀的实时性系统，同时还要使算法与能量调度更为科学合理。

2.2 雷达数据的事前工作模式

脉冲雷达在进行实际工作之前为了保证可以安全的完成任务，需要对雷达的参数进行标定和调校的工作，这项工作对雷达的工作来说是极为重要的，通常我们都把这项工作乘坐雷达标校，实际需要进行标定的项目有很多，下面是关于标定的介绍。

2.2.1 常规标校

常规标校的目的主要是为了对雷达的轴系误差参数和距离进行确定。轴系误差参数是对雷达的测角数据进行修复；距离零值是对雷达的距离数据进行修复。

雷达可以分为八种轴系误差参数，分别是方位零值参数、俯仰零值参数、大盘不水平最大值参数、大盘不水平最大值方向参数、广电差横向分量参数、广电差纵向分量参数、光机差参数以及方位俯仰不正交参数这八种参数。

2.2.2 恒虚警门限的标定

恒虚警门限的标定对于雷达检测回波信号的作用是十分重要的，恒虚警门限标定的主要目的就是统计雷达系统的白噪声并进行标定，从而确定出系统的检测以及跟踪门限。系统的检测门限是雷达在进行实际的目标搜索任务时，搜索到的回波信号如果高于系统检测门限，那么雷达系统就会对搜索到的目标进行跟踪；系统的跟踪门限是雷达在对目标进行跟踪时，如果接收到的回波信号低于跟踪门限，那么系统就会自动认定为丢失目标。

2.3 脉冲测量雷达的实施工作流程

首先在显示控制界面把工作模式设定完毕，并且要多设置一些搜索景幅。数据处理根据设置好的数据形成搜索列表以及控制字，并根据数据进行雷达扫描的控制，在这个过程中显示控制可以通过人工调整天线的方式使观测覆盖到空中区域。在雷达进行扫描与搜索的过程中，如果在屏幕显示上观察到可疑回波，那么就可以点击相应的位置，显示控制将会向该位置送出，数据处理则会自动完成目标的跟踪工作。如果剩余很多能量的情况下要继续进行该空中区域的扫描工作。这种扫描工作可以进行到追踪能量消耗完毕。

在保持稳定的对目标进行跟踪之后，在满足宽带测量的条件下显示控制台可以把主目标转移到宽带测量上，同时改变运行方式，数据处理系统将会处理该命令，在处理过程中原有的跟踪和搜索依然维持，信号处理将会对宽带回波进行处理，并且把目标测量后的结果传送到显示控制分系统里。

2.4 脉冲测量雷达的事后工作模式

脉冲测量雷达的事后工作模式是利用科学的算法与模型相结合对测量得来的数据进行事后处理的过程，目的是为了对雷达测量出的数据进行整体的提升，由于雷达收集到的信息十分复杂，如果实时进行处理很容易影响信息的准确性和任务的实时性，所以选择事后对数据进行处理，

2.5 脉冲测量雷达数据处理系统软件设计方面

在脉冲测量雷达的实际运行中，数据的处理工作大多数都是通过软件来完成的，正因如此数据处理系统软件的科学合理设计就十分重要了，软件开发时要注意结构化，对软件的系统设计要进一步加强，从而确保软件的功能齐全，有优秀的性能，运行时安全可靠，维护方面也相对便捷。

数据处理系统软件模块设计

回波读取任务模块：在脉冲测量雷达系统中，根据不同的信号形式以及过门限目标数，回波帧是变长的，最少只有几十个字，最多有近两千字。信号处理在处理完一帧回波数据后，通过与数据处理控制计算机在侦听到网络SOCKET中断后，调用网络数据报文读取函数读取网络数据包；回波接收任务还负责回波帧完整性、正确性的检验，最终将形成完整回波帧压入“回波帧队列”。回波读取任务模块设计应遵循以下原则。

a、响应回波中断，占用中断处理时间足够短。

b、回波读取与回波中断同步，能够防止回波网络数据堆积。

c、能够正确处置处理回波数据传送异常。

d、对回波帧要有基本校验，只有整帧后交与后续回波处理。

秒定时任务模块：秒定时模块主要用来对相关中断信号及有固定节拍的网络报文进行频率监测。秒定时模块等待秒中断信号，用来对相关其他中断信号及固定节拍的网络报文进行频率监视，并填入“中断计数缓冲区”的响应监测频率值。设定中注意由于秒中断本身异常的处理，可以设置等待超时，从而不影响所有检测。

3 测试结果

我们通过搭建实验仿真平台来验证数据处理系统的功能和性能，在仿真平台中，场景模拟计算机按照一定的弹道模拟回标回波信息，显控计算机模拟显控命令，控制计算机完成对目标的搜索、验证和跟踪并记录了多组测量数据，通过对测量数据的测量误差分析，结果如下。

图1 距离测量误差

图2 方位测量误差

在试验仿真平台中，数据处理系统能完成对模拟目标回波连续、稳定的跟踪，通过数据分析发现，该数据处理系统的测量数据精度达到了一个比较高的水平。

[1]苏剑,宋志勇,付强,等.单脉冲雷达不可分辨目标与诱饵联合跟踪方法[J].雷达学报,2015,4(2):160-171.

[2]刘洋.脉冲雷达梳状回波现象机理分析[J].现代雷达,2017,39(1):37-40.

Data acquisition and processing method for Monopulse Radar

Jiang Limin
(Unit 91245 of PLA ,Huludao Liaoning,125001)

In manned space flight, space target and cataloging theater missile warning prevention and other aspects of single pulse radar has very important practical value, and the acquisition and processing of pulse radar is the core data, data acquisition and processing play in pulse radar to complete the work of this paper is very important The single pulse radar is studied, on the function of pulse radar data processing, the structure, working principle and use the algorithm and the realization method of the system in this paper According to the analysis of some of the key features of the new single pulse radar

monopulse radar; RCS; radar calibration; measurement accuracy

图3 仰角测量误差