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)不僅能對目標(biāo)整體進(jìn)行測量、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)必須具有很高的測角精度。但是當(dāng)高分辨導(dǎo)引頭雷達(dá)接近目標(biāo)時，角閃爍成為雷達(dá)測角的主要誤差來源，因?yàn)榇藭r目標(biāo)不再是點(diǎn)目標(biāo)，而是由幾個強(qiáng)散射中心組成的分布式目標(biāo)，回波信號由這些散射中心的回波矢量合成，這個合成等
效為一個視在中心的結(jié)果，中心位置就是實(shí)際測量的位置。隨著目標(biāo)相對運(yùn)動，散射中心的反射不斷變化，導(dǎo)致回波相位波前面的畸變，波前在接收天線口徑面上的傾斜和隨機(jī)擺動從而產(chǎn)生測角誤差，這種現(xiàn)象稱為“角閃爍”，嚴(yán)重時角閃爍將會導(dǎo)致跟蹤點(diǎn)偏離到目標(biāo)之外。因此角閃爍抑制問題是導(dǎo)引頭雷達(dá)必須解決的問題。
國內(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角，但是這種算法中沒有考慮天線方向的影響，測角精度不高。本文基于此并對其不足有所改進(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)測角算法。該算法在測角前首先對目標(biāo)回波信號和差通道進(jìn)行一維成像，然后根據(jù)單脈沖雷達(dá)測角原理得到目標(biāo)在各個距離單元的角度信息，最后通過加平
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
線性調(diào)頻步進(jìn)信號是高分辨雷達(dá)常用的一種形式，該信號是把步進(jìn)頻率中的常載頻子脈沖換成線性調(diào)頻子脈沖，其優(yōu)點(diǎn)是保持步進(jìn)頻率信號能量和總帶寬不變的同時減少步進(jìn)階梯的周期數(shù)，從而提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)利用率。信號的表達(dá)式為

其中，為基帶線性調(diào)頻子脈沖；線性調(diào)頻子脈沖個數(shù)為N；Tr為子脈沖重復(fù)周期；Tp為時寬；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；第一個子脈沖的中心頻率為fo；則第i個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)射信號波長遠(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)引頭之間相對運(yùn)動，則第i個子脈沖回波為

式中，Tk=2Rk／c為第k個散射點(diǎn)延遲，將回波信號與本振信號混頻，輸出視頻信號為

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

取采樣時刻為t=iTr+τk可得采樣后第i個子脈沖的回波輸出為

這樣就實(shí)現(xiàn)了對N個脈沖串的壓縮，合成一個大帶寬脈沖信號，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，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，稱為目標(biāo)的一維距離像。