抑制單脈沖雷達角閃爍方法研究?

鄭守鐸 張雷雷 范慶輝

（1.92941部隊 葫蘆島 125001）（2.北京遙感設備研究所 北京 100854）

1 引言

隨著精確制導技術的發展，末制導雷達定位精度不斷提高。根據理論和實踐分析，在遠距離上，由熱噪聲引起的角度測量誤差是主要誤差成分，而在近距離上，目標角閃爍引起的測角偏差占主導地位［1～4］。

復雜目標不同部位的散射強度和相對相位的隨機變化，造成回波相位波前面的畸變，波前在接收天線口徑面上的傾斜和隨機擺動必然引起測角誤差，即角閃爍。當目標接近雷達時，角閃爍大小可能使雷達指向目標尺寸外，角閃爍成為目標近距離跟蹤的主要跟蹤誤差源［5～6］，因此必須對角閃爍進行有效抑制，以提高末制導雷達的定位精度。

文獻［7～8］研究了加權測角方式抑制角閃爍的方法，在抑制艦船目標的角閃爍時獲得了良好的結果，文獻［9］引入中值濾波抑制角閃爍。針對近距離艦船目標回波MTD處理后，艦船目標跨越多個多普勒單元，使用區域平均加權方法解算角誤差，再對測角結果以小窗口中值加權濾波方式進行處理。

2 振幅和差式單脈沖測角原理

振幅和差式測角原理［10～12］是在同一角平面內發射兩個相同但部分重疊的波束，將其接收信號進行和差處理。如果目標處于兩波束的重疊方向（稱為等信號方向），則兩波束收到的信號強度相同，否則一個波束收到的信號強于另一波束收到的信號。

假設系統中不存在幅度或相位不平衡，天線和差器的兩個輸入端的信號為式（1）、式（2）中，A為雷達方程決定的常數，θ0為波束偏角，F(θ)為雷達波束方向性函數，ε為目標偏離等信號強度點的角度，φ為回波信號初始相位為歸一化常數（角誤差斜率）。

一般來說，和差信號經過A/D轉換器、數字下變頻、正交解調后，和差信號分解為同相和正交相兩部分，角誤差可表示為

一般來說解算角誤差使用的是非相參積累或相參積累以后的數據，本文計算角誤差使用的是相參積累后的數據。

多個脈沖積累可以有效地提高信噪比，從而改善雷達的檢測能力，在檢波前的積累稱為檢波前積累或中頻積累。信號在中頻積累時要求信號間有嚴格的相位關系，即信號是相參的，所以又稱為相參積累。零中頻信號保留了相位信息，可實現相參積累，這是當前比較常用的方法，它將接收到的N個回波經過相參積累后達到同相疊加的目的。

對于接收到的N個脈沖，每個脈沖分別給出n個采樣點，每個脈沖中第i個（1≤i≤n）樣點對應的位置相同，以保證其相位相同，將N個脈沖縱向累加，即相參積累。對相參積累結果進行求模所形成的三維圖反映了目標的距離-多普勒特性，所以此圖也稱為R-D圖。

3 跟蹤點選擇

回波幅度最大的散射中心作為跟蹤點能抑制其它散射點對測角精度的影響，但如果回波幅度最大的散射中心其回波幅度隨彈目的相對運動或目標姿態的改變而起伏不定，會導致測角誤差偏大，甚至角跟蹤失敗。

而艦船目標在R-D圖上一般要跨越幾個多普勒單元，選最大值點并不能完全使用R-D圖信息，而合理使用R-D圖信息才可減小目標的幅度起伏、角閃爍等的影響，獲得穩定的角跟蹤效果。

以和通道最大值的0.8倍作為門限，過門限的點保留，差通道選擇與和通道對應的位置，使用這些點分別計算角誤差，若共取得N個角誤差信號序列，每個角誤差信號對應一個目標視在位置，用點(x1，y1)，(x2，y2)，…，(xN，yN)表示，并用 (xm，ym)表示 N個回波的加權中心，Ai表示每個回波的幅度，則

式（6）、（7）中，W(Ai)是對應點 (xi，yi)的加權幅度。

上式可寫成：

由于W(Ai)除以任何因子都不影響(xm，ym)，因此，權函數W(Ai)可以歸一化。

若以角誤差形式表示，則上式可改寫為

文獻［3］中提出抑制角閃爍比較好的方法是將各角誤差平均加權作為輸出的角誤差，即：

4 改進的中值濾波方法

中值濾波可對長拖尾概率分布的噪聲起到良好的平滑效果，且其運算量小，在工程上廣泛應用。文獻［9］采用標準中值濾波方法抑制角閃爍，標準中值濾波對濾波窗口內數據做排序（由小到大或由大到?。∨判蚝蟮臄祿形挥谥虚g的元素的值（所謂的中值）作為輸出值。但標準中值濾波僅僅使用了鄰域的統計信息，破壞了鄰域的空間和結構信息，為此本文使用一種改進的中值濾波算法，以降低標準中值濾波對鄰域空間和結構信息的破壞。

改進的中值濾波算法為：對濾波窗口內數據做排序（由小到大），取排序后的數據中位于中間的元素值及前后各一個元素，并采用以下加權方式計算出濾波值。

Mk為εk對應目標區域的最大值。

本文在仿真時濾波窗口選為11，則改進算法可以表示為

5 試驗結果

試驗數據使用某雷達照射8km、6km處運動的艦船所采集到的數據，由于海面波動使船發生顛簸，船的姿態變化復雜，使船的起伏和角閃爍均較強。

圖1 艦船在8km處計算出的角閃爍

圖1 （a）中角誤差平均法角閃爍的均方差為6.5259m，圖1（b）中角誤差平均和標準中值濾波法聯合使用角閃爍的均方差為6.0519m，圖1（c）中角誤差平均和改進中值濾波法聯合使用角閃爍的均方差為5.9304m；圖2（a）中角誤差平均法角閃爍的均方差為9.2051m，圖2（b）中角誤差平均和標準中值濾波法聯合使用角閃爍的均方差為7.9273m，圖2（c）中角誤差平均和改進中值濾波法聯合使用角閃爍的均方差為7.8061m；由此可見角誤差平均和標準中值濾波聯合使用可有效降低角閃爍效應，而改進的中值濾波方法降低標準中值濾波對鄰域空間和結構的破壞，在保留角誤差細節的同時改善了角閃爍的抑制能力。

圖2 艦船在6km處計算出的角閃爍

6 結語

對近距離艦船目標回波進行相參積累處理后，艦船目標一般要跨越幾個多普勒單元，區域均勻加權法跟蹤點選擇方法可以抑制角閃爍；改進的中值濾波方法降低標準中值濾波對鄰域空間和結構的破壞，在保留角誤差細節的同時改善了角閃爍的抑制能力，此方法可有效減小目標角閃爍對跟蹤的影響。