現代雷達信號處理及發展趨勢研究

熊 鑫 于元強 許曉劍 付 瑩

空軍預警學院雷達士官學校電子對抗系電子對抗模擬訓練教研室 湖北 武漢 430000

現代雷達技術,已經全面的滲透在我們的日常生活中,例如：用于汽車、手機等裝置的跟蹤定位；用于接收信號,如衛星電視等；用于環境監測、天氣預報等的天氣雷達。

測速雷達指的是達波束較激光光束(射線)的照射面大,能易于捕捉目標,無須精確瞄準。雷達測速設備安裝在巡邏車上,在運動中實現檢測車速,是“流動電子警察”重要的組成部分。雷達技術這么重要,它是從何而來的呢?

1 雷達的歷史

一戰期間英國和德國交戰時,英國急需一種能探測空中金屬物體的技術能在反空襲戰中幫助搜尋德國飛機。因此雷達技術應運而生。二戰期間,雷達就已經出現了地對空、空對地(搜索)轟炸、空對空(截擊)火控、敵我識別功能的雷達技術。

二戰以后,雷達發展了單脈沖角度跟蹤、脈沖多普勒信號處理、合成孔徑和脈沖壓縮的高分辨率、結合敵我識別的組合系統、結合計算機的自動火控系統、地形回避和地形跟隨、無源或有源的相位陣列、頻率捷變、多目標探測與跟蹤等新的雷達體制。

雷達作為現代戰場上一種全方位的信息傳感設備,已成為當今戰場諸如偵察監視、目標識別、武器制導以及諸兵種協同作戰等方面的核心裝備。現代雷達對輻射源信號的搜尋、目標跟蹤,可以針對信號發射功率、脈沖寬度等能量數據,以及信號波形、振動幅值、工作頻率的變化情況,進行雷達系統工作模式的選擇與實施。

2 現代雷達信號處理的主要方面

在雷達的整個系統中,信號處理扮演者重要角色,信號處理的方式隨著環境的變化而變化。不同的領域、不同的環境對雷達信號處理的要求不同。雷達信號處理方式主要包括：通信和電子對抗。

通過信號處理和收集可以去掉干擾波段,并捕獲目標信息。在雷達通信方面包括以下幾個步驟：正交采樣、脈沖壓縮、MTD和恒虛警檢測。正交采樣是進行信號處理的第一步,其處理效果的好壞直接影響后續處理工作能否順利開展,我們要考慮正交采樣的速度和精準度,合理利用正交采樣的失真度,有利于下一步工作的順利開展。現階段,脈沖壓縮雷達已發展成為時間、頻率、編碼混合調制,在不增加整機復雜性的基礎上,可有效提升雷達的性能。雷達需要具備抑制雜波的功能,而雷達對動目標和固定目標的區分,主要是通過回波多普勒頻移來確定的,通過濾波器的合理設計,可以實現目標信號和雜波信號的分離,通過MTI/MTD、雜波圖等,完成對目標任務的檢查。

在實現通信的功能中,為了抵抗干擾,提高無線電信號的可行性和隨機性,必不可少的就是使用編碼和調制這樣重要的技術,對信號進行必要的處理,使其能夠讓信號更準確,錯誤率更低。這就是電子對抗。實現電子對坑時,配備一個輸出脈沖信號的設備,在雷達信號輸入之前做辨別、分析信號的工作,如果把這些技術運用在軍事領域當中,那么借助雷達,能夠很快的對作戰情形進行分析和了解,為以后的戰略部署做技術支持。

雷達的基本功能從本質上來講,雷達信號的檢測問題就是對某一坐標位置上目標信號“有”或“無”的判斷問題。最初,這一任務由雷達操作員根據雷達屏幕上的目標回波信號進行人工判斷來完成。

3 現代雷達信號處理的主要技術

3.1 目標的識別和分類 在戰爭中,雷達信號目標的識別指的是有效判斷目標的類型,比如區分是戰斗機還是轟炸機；區分車輛是輪式還是履帶式；確定飛機和軍艦的型號；對真目標進行有效的識別等。

3.2 抗電子干擾技術 在現代戰爭中,電子干擾、低空突防、隱身目標對雷達的探測性能會產生巨大影響,甚至威脅到雷達的生存,使得雷達面臨著多種挑戰和威脅,而在諸多威脅中,電子干擾帶來的影響最大,而且也是比較難解決的。

雷達信號不易被敵方偵查系統探測到,能夠避免或者減輕電子干擾,具有更強的野外生存能力。這是各國發展抗電子干擾技術的終極目標。

3.3 脈沖壓縮技術 通過對回波信號進行一定的處理和分析來識別復雜回波中的有用信息,這是雷達工作的原理。波形的合理設計就顯得至關重要,不同的波形將會對雷達發射的形式、信號處理的形式、抗截能力、抗干擾能力等產生不同程度的影響。為了提高雷達發射機的平均功率,現代雷達會選擇時寬較寬的發射脈沖,甚至有的脈寬可以高達若干毫秒。但是,現在采用的雷達脈沖壓縮技術受到適配器的局限,完成信號處理時還是會不可避免的發生一些問題。綜上,現在的脈沖壓縮技術還需要進一步的提高和完善。這一方面發展空間巨大。

3.4 檢測目標技術 檢測目標是雷達最基本的作用。現代雷達系統檢測目標就是根據計算機的計算特點,對目標的特點進行檢測和確定。

4 發展趨勢

4.1 推廣數字化技術 現代雷達處理技術也不斷向著數字化、智能化、軟件化、模塊化的方向發展,并且應用范圍也顯著擴大。

4.2 雷達信號處理的多功能應用 雷達信號處理的應用領域較多,涉及氣象、空間衛星、航空等諸多領域。用于汽車、手機等裝置的跟蹤定位；用于接收信號,如衛星電視等；用于環境監測、天氣預報等的天氣雷達。

4.3 雷達信號處理算法的發展 在20世紀80年代后,自適應波束形成算法被提出,在雷達中得到了廣泛應用,后來又出來了DBSCAN聚類算法、雷達信號處理PD算法等。

5 總結

在科學技術不斷加速的背景下,現代雷達信號處理技術會越發完善,并且在應用領域的范圍也會逐漸擴大,未來雷達信息處理發展前景一片大好。現代雷達技術可以更好為人民和社會創造價值。