跟踪雷达弹丸与目标分离方法

王晓楠(中国船舶重工集团公司第七二三研究所，江苏 扬州 225101)

0 引 言

跟踪雷达作为武器系统的传感器，负责对来袭目标进行精确捕获、跟踪，实时送出高精度的目标信息数据，武器系统根据目标参数进行滤波计算，引导火炮对目标进行拦截[1]。

武器系统在控制火炮对来袭目标拦截射击过程中存在弹丸与目标相遇时干扰对目标的跟踪测量，引发异常测量偏差，甚至导致跟踪雷达不能正常跟踪目标，造成后续火炮射击命中概率下降。因此有必要滤除弹丸回波对目标跟踪的影响，保证目标能够正常跟踪，进而保证武器系统的跟踪射击效果。

1 原理简介

雷达要探测的目标通常是运动的物体，如飞机、导弹等，但在目标周围经常存在地物、海浪等各种杂波背景。为滤去固定杂波、提取运动目标回波，雷达通常采用动目标显示(MTI)和动目标检测(MTD)处理方式，通过多普勒滤波器组实现，不同的速度代表多普勒滤波器通道不同，一般将零通道附近的杂波通道滤除，保留有用的目标通道[2]。

在目标跟踪过程中通过目标跟踪波门对目标进行精确跟踪，实时测量出目标速度，确定目标多普勒通道；在火炮或导弹发射后，通过弹丸监测波门，对弹丸进行监测，实时测量出弹丸速度，通过目标速度与弹丸速度的计算，确定一个重复频率，使目标多普勒通道在中间，弹丸多普勒通道远离多普勒中间通道，实现目标与弹丸的分离，消除弹丸回波对目标跟踪的影响[3]。

2 弹丸与目标分离计算方法介绍

跟踪雷达弹丸与目标分离方法流程图如图1所示。

图1 跟踪雷达弹丸与目标分离方法

通过对跟踪雷达中频信号进行采样及数字下变频处理，在跟踪波门内获取数据，并计算当前波门内信号，判断回波幅度是否过门限，计算得出目标质心相对于当前波门中心的位置。然后计算当前处理组与上次处理组的时间间隔。将质心位置与2次处理数据的时间间隔代入滤波器中，进行二维滤波计算，得到目标径向速度v。

根据目标径向速度v计算目标的多普勒频率fd，公式如下：

(1)

式中：c为光速常数；fc为雷达工作频率；v为目标径向速度[2]。

目标所在多普勒通道计算公式如下：

(2)

式中：a为目标所在多普勒通道；m为正整数(表示迭代次数)；f为重复频率；fd为目标多普勒频率；N为动目标处理的多普勒通道数。

在火炮或导弹发射后，跟踪雷达在跟踪目标的同时，在目标跟踪波门前设置弹丸波门，实时测量出弹丸速度v1，在弹丸跟踪过程中仅删除杂波通道数据。

计算出合适的重频f，使得目标所在多普勒通道a在N/2左右。计算公式如下：

(3)

式中：fc为雷达工作频率；c为光速常数；v为目标径向速度；N为动目标处理的多普勒通道数；m为正整数，表示迭代次数；b为正整数(0≤b

弹丸多普勒通道a1计算公式如下：

(4)

式中：f为重复频率；v1为弹丸速度；fc为雷达工作频率；c为光速常数；N为动目标处理的多普勒通道数；m为正整数，表示迭代次数。

选择合适的迭代次数m，使得弹丸多普勒通道a1与目标多普勒通道a落在不同的多普勒通道上并相隔一定通道数，计算出f值并设为当前重复频率，删除两侧多普勒通道以及弹丸多普勒通道a1，进行目标跟踪。

根据目标速度、目标距离的变化，自适应改变雷达重复频率，实现跟踪雷达弹丸与目标的分离。

3 仿真结果

设定发射频率为14 GHz，32点快速傅里叶变换(FFT)，查找折叠次数最多15次，间隔通道数为3，最小的重复频率保证跟踪波门内所有速度弹丸回波不占用6个通道，最大重复频率控制在50 kHz以内，优先选用落在中心通道处的重复频率。

重复频率选取仿真结果如图2所示。

图2 目标与弹丸分离重复频率仿真图

遍历所有的点都存在合适的重复频率，最小重频为5 708.9 Hz。

目标通道仿真结果如图3所示。

图3 目标与弹丸分离目标通道仿真图

目标主瓣通道最小为5，最大为168(折叠后落在8通道)。

4 试验验证

火炮射击时弹丸回波与目标回波如图4所示，弹丸回波幅度与目标回波幅度基本相当。

图4 火炮射击时弹丸回波与目标回波

火炮持续射击，弹丸回波与目标回波如图5所示，弹丸回波幅度明显强于与目标回波，此时弹丸与目标即将相遇，若不采取措施，弹丸回波将淹没目标回波，影响目标跟踪、测量。

采用自适应变重频弹丸与目标分离方法，效果如图6所示，弹丸回波被滤除，目标跟踪正常，实现了弹丸与目标的分离。

图5 火炮持续射击时弹丸回波与目标回波

图6 使用弹丸目标分离处理后的回波

5 结束语

本文介绍了一种基于自适应变重频的弹丸回波与目标回波的分离方法，消除了跟踪雷达在火炮射击时弹丸回波对目标跟踪的影响，有效提高了火炮射击命中概率。通过理论计算、仿真分析、模拟试验，验证了本方法的有效性。同时该方法的原理也可应用于雷达抗干扰领域，滤除杂波和干扰，保留目标信息，提高雷达抗干扰性能。

[1] 张明友，汪学刚.雷达系统[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2] 吴顺君，梅晓春.雷达信号处理和数据处理技术[M].北京：电子工业出版社，2008.

[3] 周红峰，王晓楠.单脉冲跟踪雷达对掠海飞行目标跟踪仿真[J].舰船电子对抗，2017，40(1)：17-20.