CN110456315B - 一种基于位置预测的参差重频目标探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于位置预测的参差重频目标探测方法，通过目标位置预测，通过空域集能处理，设计参差中重复频率(MPRI)脉组方式的跟踪波束检测目标。利用MPRI脉组扩展速度清晰区并抑制慢速气象杂波及强地物杂波，改善因速度模糊导致的检测性能下降，提高雷达对特定目标的检测概率及测速精度；利用一组距离不模糊的低重频PRF和多组中重复频率PRF的结合的跟踪波束，实现简化距离解模糊运算和和消除距离幻影的效果；从而使对空情报雷达跟踪的特定目标达到防空武器系统对目标探测稳定性和探测精度的要求。

Description

一种基于位置预测的参差重频目标探测方法
技术领域
本发明属于对空情报雷达的特定目标检测领域，具体是根据目标预测位置，设计参差中重复频率(MPRI)脉组方式的跟踪波束，利用MPRI脉组扩展目标的速度检测清晰区并抑制慢速气象杂波及强地物杂波，实现目标距离、速度双模糊的解算，提高对该目标的检测性能。
背景技术
对空情报雷达是用于探测空中各类飞行器位置的无线电设备，在现代战争中肩负着指定空域的监视任务，对空中目标进行搜索、发现并跟踪，并将目标位置信息提供给防空武器系统。随着制导技术的不断发展，对空情报雷达可直接为防空武器系统供中制导信息。对空情报雷达的目标探测稳定性和探测精度对于防空武器系统的拦截至关重要，尤其是对于已进入拦截火力分配通道的目标。
针对防空武器系统对目标探测稳定性和探测精度的要求，结合对空情报雷达的特点，本发明提出一种基于位置预测的参差重频目标探测方法。经查，未见与此相关的技术公开。
发明内容
要解决的技术问题
传统对空情报雷达采用边搜索边跟踪(TWS)模式，对监视空域进行波束顺序扫描，雷达空间资源配置固定，数据率偏低，目标测速通过数据处理滤波解算。在强气象、地物杂波及电磁干扰环境下易出现目标检测概率下降、航迹拉偏及航迹断续、质量下降等状况，难以满足武器系统的要求。
针对上述问题，设计一种适用于对空情报雷达的参差中重复频率(MPRI)脉组方式的跟踪波束，对特定目标采用基于目标预测信息的多组参差重频检测。
技术方案
一种基于位置预测的参差重频目标探测方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：雷达在传统TWS搜索模式下获得目标航迹：数据处理收到信号处理发送的目标点迹数据后，剔除虚假航迹，经滤波相关后形成目标的真实航迹，并预测目标下一帧位置；
步骤2：发现需特别关注的目标后，通过终端控制进入跟踪模式，数据处理预测该目标下一帧位置，在天线扫至该目标处向信处及微波前端预置方位、俯仰信息；当天线扫描至需跟踪目标所在方位时，采用固定波位探测的方式，而其他方位仍然使用顺序扫描方式；
步骤3：固定波位探测方式，需要根据航迹预测结果来确定启用的方位角，同时需要设定波束的俯仰指向角，启用固定波位探测方式的天线码盘方位角，按照下式设计：
|Preazimuth-AzimuthCode-Amend|<BeamWid
其中，Preazimuth为跟踪目标预测方位角，AzimuthCode为方位码盘，Amend为修正量，补充因处理和通信延时引起的指向滞后问题；BeamWid为雷达方位波束宽度，满足该条件时启用固定波位探测，否则采用顺序扫描方式；俯仰波束指向通过计算目标预测俯仰角和俯仰波束指向角之间的差值确定，选取法则min|Preelevation-Beamelevation|，即选取与目标预测俯仰角差最小的波束指向角为中心角，其中，Preelevation为目标预测俯仰角，Beamelevation为波束俯仰指向角；
步骤4：固定波位探测采用中重频脉组的固定波束，根据时序设计要求，方位驻留时长与原搜索模式的顺序扫描保持一致，在驻留时间内，设计四组脉冲串进行探测：第一组为无距离模糊的低重复频率脉冲串，含8个脉冲，进行距离不模糊探测；后三组为频点和PRF都不同的中重频脉冲串，每组按16个脉冲设计，采用2点MTI级联16点FFT滤波器处理；具体设计如下表：
跟踪模式下的波形设计
序号 频点 码型us 周期us 波门us 脉冲数
第一组 F<sub>i</sub> 80 764 680 8
第二组 F<sub>i-1</sub> 30 286 248 16
第三组 F<sub>i</sub> 30 318 282 16
第四组 F<sub>i+1</sub> 30 350 316 17
步骤5：信号处理按组进行MTI-MTD处理，CFAR检测后输出目标信息，并根据数据处理的预测信息对实际探测的目标信息进行距离、速度解模糊，然后对探测多次的目标信息进行凝聚，并输出给终端；
步骤6：终端的数据处理进行点迹关联处理，最终形成点迹并显示。
有益效果
本发明提出的一种基于位置预测的参差重频目标探测方法，通过目标位置预测，通过空域集能处理，设计参差中重复频率(MPRI)脉组方式的跟踪波束检测目标。利用MPRI脉组扩展速度清晰区并抑制慢速气象杂波及强地物杂波，改善因速度模糊导致的检测性能下降，提高雷达对特定目标的检测概率及测速精度；利用一组距离不模糊的低重频PRF和多组中重复频率PRF的结合的跟踪波束，实现简化距离解模糊运算和和消除距离幻影的效果；从而使对空情报雷达跟踪的特定目标达到防空武器系统对目标探测稳定性和探测精度的要求。
附图说明
图1距离模糊及距离幻影图
图2距离解模糊示意图
图3三组MPRI滤波器联合响应
图4三组PRI形成的探测斑马图(PRI＝286/318/350us)
图5跟踪模式处理流程
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
检测概率是衡量雷达的一个重要指标，通常对空情报雷达对扫描驻留内的目标只进行一次检测，检测概率较低。当发现需特别关注的目标后，操作手通过终端控制进入跟踪模式，终端的数据处理功能预测该目标在下一帧扫描驻留时位置，并上报至微波前端及信号处理，当预测到下一帧扫描会出现该目标时，在该扫描驻留内设置多组中重复频率探测波形组合，即对特定目标存在的空域进行集能处理，增加目标观测能量和观测数据率，以提高该目标检测概率。若雷达单次检测概率为90％，在一个扫描驻留内实现四次检测，则理论上可将该扫描驻留内的检测概率提高至1-(1-90％)^4＝99.99％。同时，MPRI脉组可以有效扩展速度检测清晰区范围，相对常规的低重频探测处理方式，能够有效抑制慢速气象杂波及强地物杂波剩余，并改善因速度模糊导致的检测性能下降。
使用中重复频率(MPRI)脉组会出现目标距离模糊的现象，通过多重离散PRF测距实现解距离模糊。具体方法为，相继测量每个PRF的模糊距离，然后通过距离延拓及相关处理来消除距离模糊。距离延拓是一个对应每个实际检测的距离范围加上由距离模糊集中每个元素乘上非模糊距离间隔生成的矢量。在几视之间运用相关滑窗处理，产生距离相关。但是，如果单视处理中有不止一次的目标检测，或者在单视处理中目标检测与另一个不同目标发生相关，相关处理得出的距离可能并非是真实距离，此所谓距离幻影现象，如图1所示。通常需要使用附加的准则来排除距离幻影。
在设计发射脉冲组的PRT时，在同一扫描驻留内增加一组距离不模糊的低重频PRF，配合MPRI脉组同时检测目标。利用低重频的PRF确定目标的距离位置，可以实现简化相关处理运算和消除距离幻影的效果，如图2所示。
下面以某方位机械旋转加高低一维相扫有源三坐标体制的搜索雷达为例，说明此发明的实施，参见图5。
1.雷达在传统TWS搜索模式下获得目标航迹：数据处理收到信号处理发送的目标点迹数据后，剔除虚假航迹，经滤波相关后形成目标的真实航迹，并预测目标下一帧位置；
2.发现需特别关注的目标后，通过终端控制进入跟踪模式，数据处理预测该目标下一帧位置，在天线扫至该目标前向信处及微波前端预置方位、俯仰信息。当天线扫描至需跟踪目标所在方位时，采用固定波位探测的方式，而其他方位仍然使用顺序扫描方式；
3.固定波位探测方式，需要根据航迹预测结果来确定启用的方位角，同时需要设定波束的俯仰指向角。启用固定波位探测方式的天线码盘方位角，按照下式设计：
|Preazimuth-AzimuthCode-Amend|<BeamWid
其中，Preazimuth为跟踪目标预测方位角；AzimuthCode为方位码盘；Amend为修正量，补充因处理和通信延时引起的指向滞后问题；BeamWid为雷达方位波束宽度，满足该条件时启用固定波位探测，否则采用顺序扫描方式。俯仰波束指向通过计算目标预测俯仰角和俯仰波束指向角之间的差值确定，选取法则min|Preelevation-Beamelevation|，即选取与目标预测俯仰角差最小的波束指向角为中心角，Preelevation为目标预测俯仰角；Beamelevation为波束俯仰指向角。
4.固定波位探测采用中重频脉组的固定波束。根据时序设计要求，方位驻留时长与原搜索模式的顺序扫描保持一致，在驻留时间内，设计四组脉冲串进行探测：第一组为低重复频率脉冲串(无距离模糊)，含8个脉冲，进行距离不模糊探测；后三组为频点和PRF都不同的中重频脉冲串，每组按16个脉冲设计，采用2点MTI级联16点FFT滤波器处理。具体设计如下表：
表1：跟踪模式下的波形设计
序号 频点 码型us 周期us 波门us 脉冲数
第一组 F<sub>i</sub> 80 764 680 8
第二组 F<sub>i-1</sub> 30 286 248 16
第三组 F<sub>i</sub> 30 318 282 16
第四组 F<sub>i+1</sub> 30 350 316 17
采用如上所述三组MPRI的滤波器联合响应仿真结果如图3所示，反应雷达RD探测特性的斑马图如图4所示。仿真结果表明采用三组MPRI的时序配置可有效降低目标落入盲速区所带来的影响，具有较好的探测覆盖能力，再加上第一组的常规探测脉冲，能够良好地实现目标跟踪探测。
5.信号处理按组进行MTI-MTD处理，CFAR检测后输出目标信息，并根据数据处理的预测信息对实际探测的目标信息进行距离、速度解模糊，然后对探测多次的目标信息进行凝聚，并输出给终端；
6.终端的数据处理进行点迹关联处理，最终形成点迹并显示。

Claims (1)

1.一种基于位置预测的参差重频目标探测方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：雷达在传统TWS搜索模式下获得目标航迹：数据处理收到信号处理发送的目标点迹数据后，剔除虚假航迹，经滤波相关后形成目标的真实航迹，并预测目标下一帧位置；
步骤2：发现需特别关注的目标后，通过终端控制进入跟踪模式，数据处理预测该目标下一帧位置，在天线扫至该目标前向信处及微波前端预置方位、俯仰信息；当天线扫描至需跟踪目标所在方位时，采用固定波位探测的方式，而其他方位仍然使用顺序扫描方式；
步骤3：固定波位探测方式，需要根据航迹预测结果来确定启用的方位角，同时需要设定波束的俯仰指向角，启用固定波位探测方式的天线码盘方位角，按照下式设计：
|Preazimuth-AzimuthCode-Amend|＜BeamWid
其中，Preazimuth为跟踪目标预测方位角，AzimuthCode为方位码盘，Amend为修正量，补充因处理和通信延时引起的指向滞后问题；BeamWid为雷达方位波束宽度，满足该条件时启用固定波位探测，否则采用顺序扫描方式；俯仰波束指向通过计算目标预测俯仰角和俯仰波束指向角之间的差值确定，选取法则min|Preelevation-Beamelevation|，即选取与目标预测俯仰角差最小的波束指向角为中心角，其中，Preelevation为目标预测俯仰角，Beamelevation为波束俯仰指向角；
步骤4：固定波位探测采用中重频脉组的固定波束，根据时序设计要求，方位驻留时长与原搜索模式的顺序扫描保持一致，在驻留时间内，设计四组脉冲串进行探测：第一组为无距离模糊的低重复频率脉冲串，含8个脉冲，进行距离不模糊探测；后三组为频点和PRF都不同的中重频脉冲串，每组按16个脉冲设计，采用2点MTI级联16点FFT滤波器处理；具体设计如下表：
跟踪模式下的波形设计
序号 频点 码型us 周期us 波门us 脉冲数 第一组 F<sub>i</sub> 80 764 680 8 第二组 F<sub>i-1</sub> 30 286 248 16 第三组 F<sub>i</sub> 30 318 282 16 第四组 F<sub>i+1</sub> 30 350 316 17
步骤5：信号处理按组进行MTI-MTD处理，CFAR检测后输出目标信息，并根据数据处理的预测信息对实际探测的目标信息进行距离、速度解模糊，然后对探测多次的目标信息进行凝聚，并输出给终端；
步骤6：终端的数据处理进行点迹关联处理，最终形成点迹并显示。
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