基于單脈沖雷達的多目標檢測技術研究

李萬鵬+張磊

【摘要】 單脈沖雷達測角精度高，廣泛應用在對目標的跟蹤，但是當單脈沖雷達對多個目標落在同一距離分辨單元和同一波束內時，難以對多個目標進行區分。本文通過分析單脈沖雷達的測角原理，以及目標響應分析，淺析單脈沖雷達的多目標檢測算法。

【關鍵字】 單脈沖雷達 測角 多目標

一、單脈沖雷達概述

雷達探測的主要目標是對目標測距和測角，單脈沖雷達在測角方面精度較高，非常適用于目標跟蹤，通常應用在導航和制導等領域。單脈沖雷達根據測角方式的不同可以分為比幅測角和比相測角兩種類型。

1.1振幅和差式比幅測角

振幅和差式比幅測角采用的方向圖處于天線軸的兩個對邊的一對波束，其中相對于軸有奇對稱的差通道波束和偶對陳的和通道波束。可以近似認為在一個角平面內，雷達天線接收到兩個波束，并且兩個波束存在重疊部分。兩個波束同時接收到目標的回波信號，兩個目標的回波信號通過和差變換器可以輸出高頻和、差信號。和、差信號經過混頻器降頻后得到中頻信號，利用放大器將信號放大處理，和信號可以用于觀察和測距，差信號可以用于測量角誤差，和、差信號之間的相位差可以確定目標的偏移方向。

1.2相位和差式比相測角

相位和差式比相測角采用并列的天線或者陣列天線的不同的部位接受具有不同相位的波束，利用間距幾個波長的天線孔徑發射波速，每個天線發生一個波束，并且波束以天線軸為對稱軸。當發射的兩個波束指向相同時，兩個波束的回波波幅也相同。當存在一定的角誤差時，產生的兩個回波會具有一定的相位差，相位差是由于波程差產生的。采用誤差電信號作為控制信號來驅動天線驅動系統，可以控制天線波束的轉動，實現角度的自動跟蹤。

二、單脈沖雷達目標響應分析

單脈沖處理器是單脈沖雷達的關鍵部件，用來處理來自同步天線方向圖的電壓信號，并產生歸一化單脈沖輸出。信號的和、差分別用S、D表示。當雷達波束內只存在單一的目標時，D、S兩個矢量的相位差為0o或180o。D/S只有實數部分輸出，此時

其中，θBW為天線方向圖的3dB的波束寬度，km為單脈沖雷達的誤差斜率。

雷達在跟蹤目標時，多數情況下是跟蹤多個目標，單脈沖處理器接收的信號來源于多個不可分辨目標。在不可分辨目標的情況下，差電壓D和和電壓S的比值為復數。當目標不可分辨時，雷達產生基于合成和、差信號的單一指示角，但是由于起伏和相對運動等原因，指示角會隨著目標相對幅度和相位的變化為抖動，造成雷達跟蹤目標異常甚至失敗。不可分辨的目標還會影響目標檢測，影響目標檢測率。

三、單脈沖雷達多目標檢測與分辨算法

單脈沖雷達在處理多目標檢測時，難以保證多目標的分辨率和達到角的正確估計，采用多目標檢測及分辨算法對回波信號進行處理，可以實現多目標的檢測與分辨。典型的多目標檢測和分辨算法有矩匹配角估計角分辨算法和最大似然角分辨算法，矩匹配角估計算法的局限性在于只能實現兩個目標的檢測與跟蹤，最大似然角分辨算法理論上可以估計多個目標的到達角，但是每增加一個目標都會提高計算量，難以滿足實時性的要求。并且兩種算法都需要目標信噪比作為先驗信息。

基于信噪比估計的多目標分辨算法，首先對回波信號進行目標檢測，判斷每個采樣點數據是來自單個目標回波還是多個目標合成的信號回波；然后選取其中單個目標回波采樣數據點，聯合多次回波數據估計單給目標信噪比；采用合成信號回波的采樣數據點，獲得兩目標的總信噪比，結合單目標信噪比，可以獲得另一目標的信噪比估計值，以此類推；最后采用矩匹配算法達到目標達到角的估計值。雷達可以通過其中單個目標的采樣點來計算單目標信噪比作為先驗信息，在結合合成信號的回波采樣點數據，實現對多個目標源的檢測和分辨。

參 考 文 獻

[1]李皓.基于單脈沖雷達的多目標檢測方法與仿真[D].北京理工大學，2016.

[2]李軍.擴展目標的雷達檢測技術及其應用研究[D].國防科學技術大學，2011.

[3]曾永鋼，杜曉寧，王永亮，趙美丞. 單脈沖雷達導引頭多目標檢測研究[J]. 兵器裝備工程學報，2016，05：111-114.