基于角閃爍抑制的高分辨雷達(dá)角跟蹤技術(shù)

隨著精確制導(dǎo)技術(shù)的不斷發(fā)展，導(dǎo)彈應(yīng)具有直接瞄準(zhǔn)目標(biāo)并打擊其要害部位，這就要求雷達(dá)不僅能對(duì)目標(biāo)整體進(jìn)行測(cè)量、跟蹤，而且還要從角度上分辨出目標(biāo)不同的部位，因此雷達(dá)必須具有很高的測(cè)角精度。但是當(dāng)高分辨導(dǎo)引頭雷達(dá)接近目標(biāo)時(shí)，角閃爍成為雷達(dá)測(cè)角的主要誤差來(lái)源，因?yàn)榇藭r(shí)目標(biāo)不再是點(diǎn)目標(biāo)，而是由幾個(gè)強(qiáng)散射中心組成的分布式目標(biāo)，回波信號(hào)由這些散射中心的回波矢量合成，這個(gè)合成等
效為一個(gè)視在中心的結(jié)果，中心位置就是實(shí)際測(cè)量的位置。隨著目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，散射中心的反射不斷變化，導(dǎo)致回波相位波前面的畸變，波前在接收天線(xiàn)口徑面上的傾斜和隨機(jī)擺動(dòng)從而產(chǎn)生測(cè)角誤差，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“角閃爍”，嚴(yán)重時(shí)角閃爍將會(huì)導(dǎo)致跟蹤點(diǎn)偏離到目標(biāo)之外。因此角閃爍抑制問(wèn)題是導(dǎo)引頭雷達(dá)必須解決的問(wèn)題。
國(guó)內(nèi)在高分辨雷達(dá)角閃爍抑制方面作了許多研究，提出了基于和差通道距離像的單脈沖測(cè)角，但是這種算法中沒(méi)有考慮天線(xiàn)方向的影響，測(cè)角精度不高。本文基于此并對(duì)其不足有所改進(jìn)，從高分辨雷達(dá)角閃爍產(chǎn)生的根本原因入手，提出一種基于高分辨雷達(dá)測(cè)角算法。該算法在測(cè)角前首先對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)和差通道進(jìn)行一維成像，然后根據(jù)單脈沖雷達(dá)測(cè)角原理得到目標(biāo)在各個(gè)距離單元的角度信息，最后通過(guò)加平
均處理得到目標(biāo)幾何中心空間角度。

1 高分辨雷達(dá)的角閃爍特性分析
線(xiàn)性調(diào)頻步進(jìn)信號(hào)是高分辨雷達(dá)常用的一種形式，該信號(hào)是把步進(jìn)頻率中的常載頻子脈沖換成線(xiàn)性調(diào)頻子脈沖，其優(yōu)點(diǎn)是保持步進(jìn)頻率信號(hào)能量和總帶寬不變的同時(shí)減少步進(jìn)階梯的周期數(shù)，從而提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)利用率。信號(hào)的表達(dá)式為

其中，為基帶線(xiàn)性調(diào)頻子脈沖；線(xiàn)性調(diào)頻子脈沖個(gè)數(shù)為N；Tr為子脈沖重復(fù)周期；Tp為時(shí)寬；子脈沖帶寬BN=B／N；調(diào)頻斜率K=BN／Tp。相鄰子脈沖間的載頻增量為△f；第一個(gè)子脈沖的中心頻率為fo；則第i個(gè)子脈沖的中心頻率為fci=fo+iBN；其中i=0，1，2，…，N-1。
毫米波雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于目標(biāo)尺寸，工作在目標(biāo)光學(xué)區(qū)，后向散射回波可以認(rèn)為目標(biāo)上強(qiáng)散射中心回波合成。設(shè)目標(biāo)上有M個(gè)散射中心到雷達(dá)的徑向距離分別Rk，k=1，2，…，M，不考慮目標(biāo)和導(dǎo)引頭之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則第i個(gè)子脈沖回波為

式中，Tk=2Rk／c為第k個(gè)散射點(diǎn)延遲，將回波信號(hào)與本振信號(hào)混頻，輸出視頻信號(hào)為

由式(3)可以看出，調(diào)頻步進(jìn)信號(hào)視頻回波由兩部分組成，信號(hào)處理可以分為兩個(gè)步驟：首先在各個(gè)PRT內(nèi)進(jìn)行線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)脈沖壓縮，其次對(duì)壓縮后進(jìn)行PRT之間的IDFT處理。
不考慮目標(biāo)和導(dǎo)引頭之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線(xiàn)形調(diào)頻信號(hào)的脈沖壓縮結(jié)果為

取采樣時(shí)刻為t=iTr+τk可得采樣后第i個(gè)子脈沖的回波輸出為

這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)N個(gè)脈沖串的壓縮，合成一個(gè)大帶寬脈沖信號(hào)，其總帶寬B=N△f，距離分辨率為△R=c／2B。當(dāng)△R目標(biāo)徑向尺寸時(shí)，IDFT處理所得的序列幅度{x(m)| m=1，2，…，M}反映了目標(biāo)上強(qiáng)散射中心的雷達(dá)散射截面積在徑向距離軸上的投影分布，稱(chēng)為目標(biāo)的一維距離像。