基于脈沖雷達(dá)的RCS接收通道設(shè)計研究
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隨著雷達(dá)理論和技術(shù)的迅速發(fā)展，靶場測量不僅希望取得雷達(dá)目標(biāo)的位置和軌道信息，還期望獲得目標(biāo)的形狀、體積、質(zhì)量以及表面電磁參數(shù)等更多特征，不但要知道目標(biāo)在哪里，還要知道是什么樣的目標(biāo)。而現(xiàn)代戰(zhàn)爭隱身與突防的戰(zhàn)場需求，使得各類雷達(dá)目標(biāo)的體積與它的雷達(dá)散射截面值幾乎沒有關(guān)系。靶場測控應(yīng)該與雷達(dá)目標(biāo)戰(zhàn)技參數(shù)相匹配，雷達(dá)測量研究也應(yīng)該與雷達(dá)目標(biāo)同步發(fā)展，因此，目標(biāo)特性測量是現(xiàn)代靶場測控技術(shù)的一個發(fā)展方向。
作為我國海上靶場高精度測控網(wǎng)的主干設(shè)備，大功率脈沖測量雷達(dá)能夠完成導(dǎo)彈、衛(wèi)星和飛船的測量任務(wù)，實時提供目標(biāo)的距離、方位角、俯仰角等信息。本文基于靶場現(xiàn)有的脈沖雷達(dá)，對RCS接收通道進(jìn)行了設(shè)計研究，對關(guān)鍵技術(shù)和可行性進(jìn)行了分析論證。
1 問題的提出
現(xiàn)有的脈沖跟蹤測量雷達(dá)是將被跟蹤目標(biāo)視為一散射點進(jìn)行研制的，對導(dǎo)彈的目標(biāo)特性，如雷達(dá)反射截面(RCS)、運動姿態(tài)不予關(guān)心。本文就是在原測量雷達(dá)的基礎(chǔ)上，通過增加目標(biāo)特性測量支路，對目標(biāo)的電磁散射特性，特別是對被跟蹤目標(biāo)的RCS進(jìn)行測量，并可以對出水尾流和等離子鞘套等物理現(xiàn)象進(jìn)行觀測。
雷達(dá)目標(biāo)特征信號隱含于雷達(dá)回波(復(fù)數(shù)值)之中，通過對雷達(dá)回波的幅度和相位信息的處理、分析、變換，可以得到諸如雷達(dá)散射截面(RCS)及其統(tǒng)計特征參數(shù)等一系列表征目標(biāo)固有特征的信號。因目標(biāo)飛行姿態(tài)的不確定性與RCS的測量需求，它的接收系統(tǒng)有別于一般脈沖測量雷達(dá)接收機(jī)，目標(biāo)特性測量支路要求具有大動態(tài)范圍寬帶信號的接收機(jī)，由中頻采樣技術(shù)對單載頻脈沖信號進(jìn)行采樣生成數(shù)字I／Q，實時送計算機(jī)錄取，經(jīng)處理，解出雷達(dá)RCS值及目標(biāo)固有特征參數(shù)。這種寬帶接收機(jī)使得通帶內(nèi)線性失真，帶內(nèi)信號幅度、相位波動，帶內(nèi)雜散信號增多。同時寬帶信號也會帶來I／Q的誤差，以及使高速A／D采樣難度加大，出現(xiàn)中視頻處理和計算機(jī)高速讀取數(shù)據(jù)困難等一系列問題。
2 目標(biāo)的雷達(dá)散射截面(RCS)
目標(biāo)的雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section，RCS)是表征雷達(dá)目標(biāo)對于照射電磁波散射能力的一個物理量，定義為單位立體角內(nèi)目標(biāo)朝接收方向散射的功率與從給定方向入射于該目標(biāo)的平均波功率密度之比的4π倍，常用字母σ來表示。
RCS的定義有兩種觀點：一種是基于電磁散射理論的觀點；另一種是基于雷達(dá)測量的觀點?；陔姶派⑸淅碚摰挠^點得到的遠(yuǎn)場RCS的表達(dá)式為：
式中：Ei，Hi和Es，Hs分別為人射場強(qiáng)和散射場強(qiáng)，“*”號表示復(fù)共軛。
基于雷達(dá)測量的觀點由雷達(dá)方程推導(dǎo)出來的遠(yuǎn)場RCS的表達(dá)式為：
由式(1)和式(2)可知兩者是一致的，只是式(1)適用于理論計算，式(2)適用于用相對標(biāo)定法來測量目標(biāo)RCS。
從式(1)可以看出，目標(biāo)的散射截面是用目標(biāo)散射電磁波的能力來描述的，是目標(biāo)對雷達(dá)入射能量進(jìn)行散射能力的測量。其大小主要取決于目標(biāo)的參數(shù)(如目標(biāo)的形狀、尺寸及表面電器性能)和雷達(dá)參數(shù)(如一次場的極化形式、波長等)以及目標(biāo)的視角。
3 基于脈沖雷達(dá)的RCS接收通道
3．1 組成與原理
RCS接收通道包括接收分系統(tǒng)和計算機(jī)分系統(tǒng)。計算機(jī)錄取數(shù)據(jù)并事后完成目標(biāo)RCS的計算。接收分系統(tǒng)由雷達(dá)接收機(jī)的顯示支路引入反射信號功分兩路，一路仍為顯示支路，另一路由RCS接收通道對雷達(dá)跟蹤的反射回波信號對其中頻放大，瞬時AGC控制，檢波、視放等幅度處理，按PRF為一幀實時錄取(見圖1)。在雷達(dá)轉(zhuǎn)入跟蹤工作狀態(tài)后，RCS支路的主目標(biāo)測量波門自動調(diào)整(0．8μs)脈沖的時延，始終套住目標(biāo)反射信號。高速A／D變換共有三路信號(和、方位差、俯仰差)，與接口來的時序同步存儲，乒乓結(jié)構(gòu)讀取數(shù)據(jù)、存儲并解算。
3．2 動態(tài)范圍的設(shè)計
對目標(biāo)特性信號進(jìn)行分析的前提是保證包含在回波信號內(nèi)的特性信息的精確性。而實際上，運動中的目標(biāo)由于運動姿態(tài)的急劇變化和雷達(dá)的觀察角的變化(過捷徑)，以及目標(biāo)等離子鞘套的影響，回波信號的幅度會急劇變化。雷達(dá)接收機(jī)采用常規(guī)AGC增益控制的方法受回路帶寬的制約難以滿足RCS測量的要求。因此，基于現(xiàn)有的脈沖雷達(dá)解決的辦法有兩種，其一是常規(guī)AGC+大動態(tài)范圍AD(在接收機(jī)不飽和前提下)；其二是瞬時AGC技術(shù)(IAGC)。
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