CN109164420A - 一种相控阵雷达搜索加跟踪工作模式的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达技术领域，公开了一种相控阵雷达搜索加跟踪工作模式实现方法，其实现步骤为：(1)初始化设置；(2)相控阵雷达天线阵列发射扫描波束，执行搜索任务，搜索到目标后，获取目标的先验信息；(3)判断是否有跟踪任务到达，如果到达，执行步骤(4)，否则执行步骤(2)；(4)获取跟踪波束驻留时间；(5)在驻留时间内，相控阵雷达采用频率捷变技术发射非相干脉冲串，并利用后续跟踪算法完成对目标的跟踪；(6)执行步骤(3)，直至跟踪容量达到饱和。本发明降低了相控阵雷达TAS工作模式的跟踪驻留时间，节省雷达资源，可用于对多目标进行搜索跟踪的场合。

Description

一种相控阵雷达搜索加跟踪工作模式的实现方法

技术领域

本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种相控阵雷达TAS工作模式实现方法，可用于相控阵雷达对多目标进行搜索和跟踪的场合。

背景技术

相控阵雷达以其具有灵活的波束指向，驻留时间，可控的空间功率及可以灵活分配雷达资源等特点已成为现代雷达技术的重要发展方向，搜索加跟踪(Track and Search，TAS)是相控阵雷达典型的工作模式，张光义院士在“相控阵雷达原理[M]，北京：国防工业出版社，2009”一书中给出了TAS模式工作原理，在这种工作模式下，相控阵雷达根据时间分隔思想，将跟踪任务插在搜索任务内，两种工作状态交替进行、互不影响，可同时完成对指定区域搜索和多个目标的精密跟踪，且跟踪数据率不受制于搜索数据率，该模式充分发挥了相控阵雷达的灵活性，因此广泛使用。

现有的TAS工作模式实现方法为：1)初始化设置，对监视空域进行波位划分，获取波位编排表，设置跟踪驻留时间；2)执行搜索任务，相控阵雷达天线阵列按照规定波位编排表发射扫描波束，对空域中的潜在目标进行搜索，搜到并确认目标后，记录下目标先验信息；3)判断跟踪任务是否到达，若到达后，执行步骤4)，否则继续执行步骤2)；4)相控阵雷达在跟踪驻留时间内执行跟踪任务；5)完成本次跟踪任务，继续从步骤3)开始执行，直至跟踪容量达到饱和，结束执行。

该方法对目标进行跟踪时，跟踪驻留时间的确定并未利用到目标的先验信息，不管目标距离的远近，跟踪驻留时间都是一样的，为了保证远距离目标也能看见，现有技术中的跟踪驻留时间都设置的很长，造成了不必要的雷达资源浪费；此外，在跟踪波束驻留期间，相控阵雷达发射相参脉冲组，利用相参积累增益来提高检测概率，从而导致了跟踪驻留时间过长的问题，对雷达资源消耗过大。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种相控阵雷达搜索加跟踪工作模式的实现方法，本发明技术方案在对目标进行跟踪时，需要的跟踪驻留时间较短，可节省雷达资源，适用于多目标环境。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种相控阵雷达搜索加跟踪工作模式的实现方法，所述方法包括：

步骤1，确定相控阵雷达的监视范围，根据所述监视范围对目标所在空域进行划分得到波位P_m，m＝1,2,3.....,M，M为总的波位数，M为正整数，m为波位编号；所述空域内存在多个目标；

设置中间变量n的初值为0；

步骤2，若n<M，则令n的值加1，否则，令n＝1；

获取第n个波位，所述相控阵雷达在所述第n个波位处发射扫描波束对目标进行搜索，并记录搜索到的每个目标的先验信息，所述每个目标的先验信息包含目标的编号、目标的距离、目标的方位角、目标的俯仰角以及目标的速度；

步骤3，若所述相控阵雷达接收到跟踪目标指令，则执行步骤4，否则，返回步骤2；所述跟踪目标指令至少包含所要跟踪的目标的编号；

步骤4，确定相控阵雷达发射的跟踪波束驻留时间；

步骤5，在所述跟踪波束驻留时间内，所述相控阵雷达采用非相参脉冲串对所要跟踪的目标进行跟踪；跟踪完成后返回步骤3。

本发明技术方案的特点和进一步的改进为：

(1)步骤4具体包括：

(4a)根据所要跟踪的目标的编号确定相控阵雷达发射的跟踪波束照射该目标时对应的回波信噪比；

(4b)设定检测概率和虚警概率，从而确定在所述检测概率和所述虚警概率下，非相参积累所需的信噪比随脉冲数的变化曲线；

在所述变化曲线中确定所述回波信噪比对应的非相参积累脉冲数K；

(4c)根据所述非相参积累脉冲数计算所述跟踪波束驻留时间。

(2)子步骤(4a)具体为：

根据所要跟踪的目标的编号i，确定相控阵雷达发射的跟踪波束照射该目标时对应的回波信噪比SNR_i：I表示空域内存在的目标总个数；

其中，P_t为相控阵雷达发射功率，G为相控阵雷达天线增益，λ为相控阵雷达信号波长，σ为相控阵雷达散射面积，k为玻尔兹曼常数，T₀为标准室温，B_n为接收机噪声带宽，F_n为接收机噪声系数，R_i为第i个目标的距离。

(3)子步骤(4c)具体为：

根据所述非相参积累脉冲数K计算所述跟踪波束驻留时间t_s＝t_r×K；其中，t_r为相控阵雷达脉冲重复周期。

(4)步骤5具体为：

(5a)根据所要跟踪的目标的编号，获取所要跟踪的目标的方位角和所要跟踪的目标的俯仰角，使所述相控阵雷达发射的跟踪波束指向所要跟踪的目标；

(5b)相控阵雷达发射机在所述跟踪波束驻留时间内按照相控阵雷达脉冲重复周期t_r发射K个非相参积累脉冲；

(5c)相控阵雷达接收机接收来自所要跟踪的目标的脉冲回波信号，对接收到的K个快起伏脉冲回波信号进行非相参积累，得到检测到的目标信号；

(5d)获取所述检测到的目标信号中目标的距离、目标的方位角、目标的俯仰角以及目标的速度，并对所述所要跟踪的目标的先验信息进行更新。

(5)子步骤5(b)具体为：

相控阵雷达发射机发射的K个非相参脉冲中任意两个脉冲之间的的载频频差均大于其中，c为光速，L_t为目标有效的径向尺寸。

本发明技术方案在跟踪波束驻留期间采用频率捷变技术发射非相参脉冲串，使得目标回波变为快起伏类型，然后对回波脉冲串进行非相参积累，当检测概率较大时，快起伏目标回波非相参积累的效果优于慢起伏目标回波相参积累的效果。由于对目标跟踪时需要的检测概率很高，所以本发明需要较少的脉冲积累数就可以达到跟踪时要求的检测概率，需要的跟踪驻留时间短，节省雷达资源。本发明利用目标的先验信息来灵活确定跟踪驻留时间，对于远距离的目标，回波信噪比较小，因此跟踪驻留时间较长，对于近距离目标，回波信噪比较大，可适当将跟踪驻留时间缩短，本发明可以将时间资源合理利用，避免了不必要浪费，节省了雷达资源。由于发射非相参脉冲串时使用了频率捷变技术，使得系统具有一定的抗干扰能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种相控阵雷达搜索加跟踪工作模式的实现方法的流程示意图；

图2为本发明与现有技术可以跟踪的目标容量对比示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种相控阵雷达搜索加跟踪工作模式的实现方法，如图1所示，所述方法包括：

初始化设置：

步骤1，确定相控阵雷达的监视范围，根据所述监视范围对目标所在空域进行划分得到波位P_m，m＝1,2,3.....,M，M为总的波位数，M为正整数，m为波位编号；所述空域内存在多个目标；

设置中间变量n的初值为0；

相控阵雷达执行搜索任务：

步骤2，若n<M，则令n的值加1，否则，令n＝1；

获取第n个波位，所述相控阵雷达在所述第n个波位处发射扫描波束对指定空域中的潜在目标进行搜索，搜索到目标后，相控阵雷达在该波位处发射验证波束，进行目标确认，如果确认是目标，记录记录搜索到的每个目标的先验信息，所述每个目标的先验信息包含目标的编号、目标的距离、目标的方位角、目标的俯仰角以及目标的速度；

步骤3，判断是否有跟踪任务到达，若所述相控阵雷达接收到跟踪目标指令，则执行步骤4，否则，返回步骤2；所述跟踪目标指令至少包含所要跟踪的目标的编号；

步骤4，确定相控阵雷达发射的跟踪波束驻留时间；

步骤4具体包括：

(4a)根据所要跟踪的目标的编号确定相控阵雷达发射的跟踪波束照射该目标时对应的回波信噪比；

子步骤(4a)具体为：

根据所要跟踪的目标的编号i，确定相控阵雷达发射的跟踪波束照射该目标时对应的回波信噪比SNR_i：I表示空域内存在的目标总个数；

其中，P_t为相控阵雷达发射功率，G为相控阵雷达天线增益，λ为相控阵雷达信号波长，σ为相控阵雷达散射面积，k为玻尔兹曼常数，T₀为标准室温，B_n为接收机噪声带宽，F_n为接收机噪声系数，R_i为第i个目标的距离。

(4b)设定检测概率和虚警概率，从而确定在所述检测概率和所述虚警概率下，非相参积累所需的信噪比随脉冲数的变化曲线；

在所述变化曲线中确定所述回波信噪比对应的非相参积累脉冲数K；

通常检测概率P_d为90％以上，然后在雷达手册中找到检测概率为P_d、虚警概率为P_fa时对应的非相参积累所需的信噪比随脉冲数变化曲线l，查找l中纵坐标为SNR_i时对应的横坐标，即非相参积累脉冲个数，记为K。

(4c)根据所述非相参积累脉冲数计算所述跟踪波束驻留时间。

子步骤(4c)中，根据所述非相参积累脉冲数K计算所述跟踪波束驻留时间t_s＝t_r×K；其中，t_r为相控阵雷达脉冲重复周期。

相控阵雷达执行跟踪任务：

步骤5，在所述跟踪波束驻留时间内，所述相控阵雷达采用非相参脉冲串对所要跟踪的目标进行跟踪；跟踪完成后返回步骤3。

步骤5具体为：

(5a)根据所要跟踪的目标的编号，获取所要跟踪的目标的方位角和所要跟踪的目标的俯仰角，使所述相控阵雷达发射的跟踪波束指向所要跟踪的目标；

(5b)相控阵雷达发射机在所述跟踪波束驻留时间内按照相控阵雷达脉冲重复周期t_r发射K个非相参积累脉冲；

相控阵雷达发射机发射的K个非相参脉冲中任意两个脉冲之间的的载频频差均大于其中，c为光速，L_t为目标有效的径向尺寸。

(5c)相控阵雷达接收机接收来自所要跟踪的目标的脉冲回波信号，对接收到的K个快起伏脉冲回波信号进行非相参积累，得到检测到的目标信号；

(5d)获取所述检测到的目标信号中目标的距离、目标的方位角、目标的俯仰角以及目标的速度，并对所述所要跟踪的目标的先验信息进行更新。

具体的，相控阵雷达对检测到的目标信号进行数字滤波(如α-β滤波)和外推，相关处理和航迹管理，获得目标的距离、方位角、俯仰角、速度等信息，对该目标的先验信息进行更新；

完成本次跟踪任务，继续从步骤(3)开始执行，直至跟踪容量达到饱和，结束执行。

以下通过举例分析与实验仿真，对本发明的技术效果作进一步说明。

1.举例分析

(1)具体参数

假设雷达系统参数分别为，发射机平均功率为10⁴W，天线增益为30dB，波长为λ＝0.1m，目标散射面积σ＝2m²，雷达脉冲重复周期t_r＝1000μs，脉冲时宽τ＝80μs，接收机噪声系数F_n＝3dB，现在在探测空域中随机产生6个目标，距离分别为R₁＝80km，R₂＝65km，R₃＝50km，R₄＝130km，R₅＝150km，R₆＝116km，编号分别为1～6，要求对所有目标进行跟踪时的最小检测概率P_d＝90％，虚警概率P_fa＝10^-6；

(2)实例内容与结果分析

分别采用本发明方法和现有技术对探测空域中随机产生的6个目标进行跟踪，计算每个目标所需要得跟踪驻留时间。结果如表1所示。

表1，本发明方法和现有技术跟踪驻留时间对比表

从表1结果可以看出，现有技术对探测空域中的6个目标都进行稳定跟踪时，每个目标所需的跟踪驻留时间都很大，而采用本发明时，所需要的跟踪驻留时间很小，现有技术总的跟踪驻留时间为402μs，本发明方法可以将总的跟踪驻留时间降低到61μs，大大减小了雷达资源的消耗。

2.实验仿真：

(1)仿真条件

假设雷达系统参数分别为，发射机平均功率为10⁴W，天线增益为30dB，波长为λ＝0.1m，目标散射面积σ＝2m²，雷达脉冲重复周期t_r＝1000μs，脉冲时宽τ＝80μs，接收机噪声系数F_n＝3dB，要求对所有目标都进行跟踪时的最小检测概率P_d＝90％，虚警概率P_fa＝10^-6，雷达时间资源T＝5s，跟踪距离变化范围R＝60km～200km。

(2)仿真内容与结果分析

分别采用现有技术和本发明方法对相同距离的目标进行稳定跟踪，仿真得到可跟踪目标容量随跟踪距离的变化曲线，如图2所示，图中横坐标表示跟踪距离，纵坐标为跟踪目标容量。

从图2结果可以看出，跟踪距离相同时，本发明方法可以跟踪的目标容量较大，当目标距离为140km时，现有技术可跟踪目标容量为96个，本发明可跟踪目标容量为263个，可以达到现有技术的2.7倍，当雷达分配给跟踪的时间资源一定时，本发明方法可跟踪的目标个数比现有技术多，因此，本发明提高了多功能相控阵雷达的跟踪容量，适用于多目标环境。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种相控阵雷达搜索加跟踪工作模式的实现方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，确定相控阵雷达的监视范围，根据所述监视范围对目标所在空域进行划分得到波位P_m，m＝1,2,3.....,M，M为总的波位数，M为正整数，m为波位编号；所述空域内存在多个目标；

设置中间变量n的初值为0；

步骤2，若n<M，则令n的值加1，否则，令n＝1；

获取第n个波位，所述相控阵雷达在所述第n个波位处发射扫描波束对目标进行搜索，并记录搜索到的每个目标的先验信息，所述每个目标的先验信息包含目标的编号、目标的距离、目标的方位角、目标的俯仰角以及目标的速度；

步骤3，若所述相控阵雷达接收到跟踪目标指令，则执行步骤4，否则，返回步骤2；所述跟踪目标指令至少包含所要跟踪的目标的编号；

步骤4，确定相控阵雷达发射的跟踪波束驻留时间；

步骤5，在所述跟踪波束驻留时间内，所述相控阵雷达采用非相参脉冲串对所要跟踪的目标进行跟踪；跟踪完成后返回步骤3。

2.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达搜索加跟踪工作模式的实现方法，其特征在于，步骤4具体包括：

(4a)根据所要跟踪的目标的编号确定相控阵雷达发射的跟踪波束照射该目标时对应的回波信噪比；

(4b)设定检测概率和虚警概率，从而确定在所述检测概率和所述虚警概率下，非相参积累所需的信噪比随脉冲数的变化曲线；

在所述变化曲线中确定所述回波信噪比对应的非相参积累脉冲数K；

(4c)根据所述非相参积累脉冲数计算所述跟踪波束驻留时间。

3.根据权利要求2所述的一种相控阵雷达搜索加跟踪工作模式的实现方法，其特征在于，子步骤(4a)具体为：

根据所要跟踪的目标的编号i，确定相控阵雷达发射的跟踪波束照射该目标时对应的回波信噪比SNR_i：I表示空域内存在的目标总个数；

其中，P_t为相控阵雷达发射功率，G为相控阵雷达天线增益，λ为相控阵雷达信号波长，σ为相控阵雷达散射面积，k为玻尔兹曼常数，T₀为标准室温，B_n为接收机噪声带宽，F_n为接收机噪声系数，R_i为第i个目标的距离。

4.根据权利要求2所述的一种相控阵雷达搜索加跟踪工作模式的实现方法，其特征在于，子步骤(4c)具体为：

根据所述非相参积累脉冲数K计算所述跟踪波束驻留时间t_s＝t_r×K；其中，t_r为相控阵雷达脉冲重复周期。

5.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达搜索加跟踪工作模式的实现方法，其特征在于，步骤5具体为：

(5a)根据所要跟踪的目标的编号，获取所要跟踪的目标的方位角和所要跟踪的目标的俯仰角，使所述相控阵雷达发射的跟踪波束指向所要跟踪的目标；

(5b)相控阵雷达发射机在所述跟踪波束驻留时间内按照相控阵雷达脉冲重复周期t_r发射K个非相参积累脉冲；

(5c)相控阵雷达接收机接收来自所要跟踪的目标的脉冲回波信号，对接收到的K个快起伏脉冲回波信号进行非相参积累，得到检测到的目标信号；

(5d)获取所述检测到的目标信号中目标的距离、目标的方位角、目标的俯仰角以及目标的速度，并对所述所要跟踪的目标的先验信息进行更新。

6.根据权利要求5所述的一种相控阵雷达搜索加跟踪工作模式的实现方法，其特征在于，子步骤5(b)具体为：

相控阵雷达发射机发射的K个非相参脉冲中任意两个脉冲之间的的载频频差均大于其中，c为光速，L_t为目标有效的径向尺寸。