关于动目标近距的杂波谱中心补偿

罗才震 张开生 张 军

(西安电子工程研究所 西安 710100)

0 引言

在现代战争中，占领制空权是获得战争胜利的重要因素。在美国对南联盟、阿富汗及伊拉克的最近几次局部战争中，机载雷达显示了强大的威力，从而为更多的人所了解[1]。由于机载雷达是以飞机为载体，其观测范围比地面雷达远得多，可以大大增加雷达的警戒时间。雷达在观测区域内需要对运动目标比如：坦克、船只、车辆等进行检测。该功能对进行目标定位和识别也打下了良好的基础，对国家安全以及国民的生活都是重要的保障[2]。

本实验雷达的主要功能是动目标检测，工作在高频波段，天线安装在机头方向正侧视90°,波束方位向宽度大约为2°,下视宽度约为1.5°。

对应于所处理的一段动目标近距的数据，载机作水平飞行，飞行高度约为3000 m，飞机速度大约60 m/s，航向角约为190°。

我们用这一段数据进行动目标检测，将CFAR门限设为4.5，凝聚的距离波门和多普勒波门设成4，匿影门限设为0.8，波束扫描方式为±15°相扫。

根据采样分辨率ΔR=c/2×Fs(c为光速)，可得出采样的距离分辨率ΔR为4 m，再根据采样延迟和飞机相对于地面的相对高度，可以算出飞机下视角的正弦值，下视角的范围大约在-29.87°到-31.33°。由此看出下视角较大，或者说，一个距离分辨率的距离对下视角的影响都不能忽略不计。

1 多普勒中心频率估计

由于机载雷达平台是运动的，会导致多普勒中心有一定偏移，为此应首先估计出多普勒中心的偏移才能进行后续处理。

多普勒中心的估计方法在国内外的文献记载中主要有相关函数法、能量均衡法和最优估计法[3]。在本雷达的动目标检测中，一开始我们运用的都是相关法进行多普勒中心频率的估计。

1.1 相关法估计

雷达的脉冲周期是较短，相邻回波应具有很强的相关性，所以选用相关法做雷达动目标检测的多普勒谱中心估计。当不存在多普勒谱中心的偏移时，方位向回波的功率谱为S0(f)，该功率谱是以零频对称的，和天线的方向图一样，与功率谱对应的相关函数是实函数R0(τ)，当多普勒谱中心有偏移时，功率谱Sh(f)为S0(f-fdc)，其相关函数变为

Rh(τ)=ej2πfdcτR0(τ)

(1)

因此通过Rh(τ)的相位能够估算出fdc。

由于采样的方位向回波数据是离散的，所以Rh(τ)=Rh(kT)，T=1/PRF，k为整数，取k=1，可以得到多普勒谱中心的精确估计是

(2)

通过这种方法得到的fdc accu的精度远比能量均衡法和最优估计法高，但是上述方法是通过指数运算的，相位的范围在[-π,π]，如果fdc accuT>1(有时会远大于1)，此时算出的fdc accu会存在模糊的问题。必须通过惯导估计的fdc ins对fdc accu进行解模糊操作。

最后得到精确的无模糊的多普勒中心频率为

(3)

这里PRF为脉冲重复频率。

1.2 距离弯曲估计法

在机载雷达动目标近距检测时，飞机下视角公式为

(4)

其中h表示飞机的载机高度，r表示机载雷达到照射点的斜距。在动目标近距检测的情形下，h相同，由于r斜距近距检测比远距检测小很多，导致在一个波束照射范围内，不同距离点的θRh变化不能忽略不计，简单地运用相关法是不能满足动目标近距的多普勒谱中心搬移的。此时提出了距离弯曲估计法，该方法是对波束照射中心的3 dB范围内的每个距离单元进行补偿，具体流程如图1所示。

图1 距离弯曲校正的流程图

2 实测数据验证

下面是某次飞行试验采集的数据结果，图2是15 km动目标数据某个CPI利用相关法搬移杂波谱中心前后的距离单元多普勒平面图，图3是5 km动目标数据某个CPI利用相关法搬移杂波谱中心前后的距离单元多普勒平面图。

图2 15 km动目标多普勒中心搬移前后MTD平面图

图3 5 km近距杂波谱中心搬移前后的MTD平面图

从图2可以看出，相关法能够在15 km的动目标检测将杂波谱中心搬移到零频附近，但是从图3看出相关法在3 km的动目标检测时并不能将波束照射范围内所有地杂波都搬移到零频附近，这将会影响动目标检测的准确性。

运用距离弯曲校正的方法进行杂波谱中心的搬移，图4和图5是一个数据数据开始和数据末尾的两个CPI的杂波谱中心搬移前后的结果。

图4 5 km数据CPI靠前距离弯曲校正后的MTD平面图

图5 5 km数据CPI靠后距离弯曲校正后的MTD平面图

从图4和图5看出，距离弯曲校正能准确地将5 km动目标检测的多普勒谱中心搬移到零频附近。

将相关法和距离弯曲对5 km动目标近距数据进行最终上报点数统计得到如图6所示。

图6 相关法和距离弯曲法每个cpi检测目标结果

3 结束语

利用本文所述的距离弯曲校正方法在机载雷达近距动目标检测时对杂波谱中心进行估计，能够避免将大量地杂波点当成目标出现在检测报告中，是一种较好的机载雷达近距动目标检测的好手段。但是存在的缺点有：一是该方法没有大量的数据去验证；二是本方法适用于飞机处于平稳飞行时，在飞机出现转向等不平稳的情形时，就需要用其它方法进行补偿。