何華兵，李文龍，楊士義

(1.中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南洛陽(yáng) 471009;

2.駐中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院軍代表室，河南 洛陽(yáng) 471009)

高重頻PD雷達(dá)主動(dòng)導(dǎo)引頭采用高重頻脈沖波形跟蹤目標(biāo)，以確保彈目相對(duì)速度測(cè)量不模糊和大范圍無雜波區(qū)，同時(shí)導(dǎo)引頭發(fā)射脈沖存在一定的寬度，當(dāng)目標(biāo)回波到達(dá)導(dǎo)引系統(tǒng)時(shí)正值發(fā)射機(jī)發(fā)射脈沖期間，由于接收機(jī)關(guān)閉而不能收到目標(biāo)回波信號(hào)，將導(dǎo)致遮擋問題。遮擋問題是由高重頻PD雷達(dá)自身體制所造成的，雷達(dá)要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，就必須消除或在某種程度上補(bǔ)償它［1，2］。對(duì)于能精確測(cè)量距離的導(dǎo)引頭，可以根據(jù)彈目距離選擇合適的重頻使目標(biāo)回波處于透明區(qū)，但對(duì)于測(cè)距模糊的高重頻雷達(dá)導(dǎo)引頭，則無法直接利用測(cè)得的目標(biāo)距離信息抗遮擋;文獻(xiàn)［3］在單PRF情況下，采用“記憶”跟蹤方法解決遮擋問題，優(yōu)點(diǎn)是采用軟件進(jìn)行補(bǔ)償，不需要增加額外的硬件開銷，但是該方法需要對(duì)目標(biāo)的加速度有較為精確的預(yù)測(cè)，在遮擋周期較長(zhǎng)或目標(biāo)機(jī)動(dòng)的情況下，影響跟蹤精度，甚至面臨目標(biāo)丟失的風(fēng)險(xiǎn)［4］。基于此，本文提出一種穩(wěn)健的變PRF抗遮擋方法，使不能測(cè)距的高重頻PD雷達(dá)導(dǎo)引頭具備抗遮擋能力。

1 遮擋現(xiàn)象分析

圖1所示為目標(biāo)回波遮擋示意圖，定義發(fā)射脈沖和接收選通脈沖均在高電平時(shí)有效。

圖1 目標(biāo)回波遮擋示意圖

其中τ為發(fā)射脈沖寬度，τr為接收機(jī)選通脈沖寬度，T為脈沖重復(fù)周期，t1、t2分別為發(fā)射脈沖前沿和后沿保護(hù)延遲，具體延遲數(shù)值與接收路PIN開關(guān)控制特性相關(guān)，需要在調(diào)試中調(diào)整。

以第一個(gè)發(fā)射脈沖的前沿為計(jì)時(shí)零點(diǎn)，目標(biāo)回波的位置為

其中:R為彈目距離;c為光速。結(jié)合圖1可知，隨著彈目距離的接近，R逐漸減小，則目標(biāo)回波將周期性地進(jìn)出遮擋區(qū)和透明區(qū)，即回波信號(hào)陸續(xù)進(jìn)入“透明區(qū)－半透明區(qū)－遮擋區(qū)－半透明區(qū)－透明區(qū)”，遮擋周期為Te=(c/(2v))T。出于工程應(yīng)用的簡(jiǎn)化考慮，將這一過程分為:“透明區(qū)”和“遮擋區(qū)”。

2 抗遮擋方案

通過改變PRF，可以保證在整個(gè)檢測(cè)的距離內(nèi)至少有一個(gè)PRF不被遮擋［5］，基于此，本文提出一種變PRF抗遮擋方法，通過對(duì)限定頻率范圍內(nèi)的PRF進(jìn)行分析，根據(jù)優(yōu)選策略確定一組PRF，針對(duì)載機(jī)能否提供較精確的初始裝訂距離，分別設(shè)計(jì)不同的PRF切換方式，由導(dǎo)引頭軟件控制優(yōu)選PRF按照不同的方式切換工作，完成抗遮擋任務(wù)。

2.1 PRF 優(yōu)選策略

由圖1可知，目標(biāo)處于透明區(qū)的條件

其中:mod為求余運(yùn)算;保護(hù)延遲t1、t2分別取值175 ns、50 ns。本文提出的PRF優(yōu)選策略流程如圖2所示。

圖2 PRF優(yōu)選流程

2.1.1 確定重頻范圍

為了保證導(dǎo)引頭實(shí)現(xiàn)無模糊測(cè)速，及前半球攻擊時(shí)不受地雜波的影響，所選取重頻的最小值 frmin應(yīng)滿足式(4)［6］

其中，fTmax=2VTmax/λ為目標(biāo)多普勒頻移最大值，fMmax=2VMmax/λ為旁瓣雜波多普勒頻移最大值，VTmax、VMmax分別為目標(biāo)、導(dǎo)彈速度最大值，λ為工作波長(zhǎng);發(fā)射波形的重頻最大值frmax為發(fā)射機(jī)最高調(diào)制頻率;

在frmin至frmax的頻率范圍內(nèi)，確定n個(gè)候選重頻fr1～frn;由于重頻是由導(dǎo)引頭晶振頻率分頻得到的，所以候選重頻應(yīng)是導(dǎo)引頭晶振頻率的整數(shù)分頻。

為了防止重頻的高次諧波形成假信號(hào)，應(yīng)保證不使其高次諧波落入接受機(jī)帶內(nèi)，對(duì)于接收機(jī)中心頻率FC，帶寬Bf，當(dāng)頻率frb落入中心頻率左右一半帶寬內(nèi)，即

則放棄該頻率，否則將該頻率作為一個(gè)候選重頻 fri(i=1，2，…，n)，其中k為任意整數(shù);直到確定n個(gè)候選重頻為止。

2.1.2 建立候選重頻組

根據(jù)導(dǎo)引頭信號(hào)交換周期考慮重頻組應(yīng)包含的重頻個(gè)數(shù)，一般應(yīng)選取3～5個(gè)重頻作為一個(gè)重頻組，為此從上述n個(gè)候選重頻中任意抽取5個(gè)組成一個(gè)候選重頻組，則共有個(gè)候選重頻組。

2.1.3 確定最優(yōu)重頻組

根據(jù)重頻的遮擋性能確定最優(yōu)重頻組，統(tǒng)計(jì)候選重頻組Fi(i=1，2，…，)的遮擋性能。彈目距離R=1～25 km以步長(zhǎng)α=10 m變化，若在某一彈目距離點(diǎn)上，F(xiàn)i中的一個(gè)候選重頻滿足式(3)，則表明該候選重頻在這一彈目距離點(diǎn)上使目標(biāo)回波處于透明區(qū)，定義該候選重頻的遮擋性能為0;否則該候選重頻使目標(biāo)回波處于遮擋區(qū)，定義其遮擋性能為1。這樣就得到一個(gè)以0或1為值的1×2 400的數(shù)組，該數(shù)組表征該候選重頻的遮擋性能;分別統(tǒng)計(jì)該重頻組Fi中的5個(gè)重頻的遮擋性能后，將5個(gè)1×2 400數(shù)組相加，得到的和數(shù)組即表征該候選重頻組Fi的遮擋性能;若和數(shù)組中的某個(gè)數(shù)值為5，則表明在某個(gè)距離點(diǎn)上，該組的候選重頻使得目標(biāo)回波一直處于遮擋區(qū);統(tǒng)計(jì)該和數(shù)組中數(shù)值為5的個(gè)數(shù)，記錄為Xi，則Xi的大小代表了目標(biāo)回波一直處于遮擋區(qū)的距離點(diǎn)個(gè)數(shù)。

對(duì)比所有候選重頻組Xi值，將最小的Xi值所對(duì)應(yīng)的候選重頻組確定為最優(yōu)重頻組，得到對(duì)應(yīng)的重頻fr1～fr5。

2.2 PRF 切換方法

PRF切換方法總的來說有兩類［7］，循環(huán)依次切換PRF，根據(jù)彈目距離信息進(jìn)行適時(shí)切換。

一般是按照一定的幀周期間隔順序循環(huán)切換，這樣，至少有一個(gè)PRF不被遮擋，該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但由于其隨機(jī)，以及各個(gè)PRF遮擋距離的非周期性，無法完全回避遮擋，且會(huì)使信噪比下降，增大漏檢概率，切換頻繁的情況下容易使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。

因此，可以連續(xù)檢測(cè)回波信號(hào)電平，當(dāng)判斷為進(jìn)入遮擋區(qū)則切換PRF，判斷是否進(jìn)入遮擋區(qū)的方法:對(duì)半個(gè)遮擋周期內(nèi)的回波信號(hào)強(qiáng)度過門限情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，若檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度未過門限3次及以上，則認(rèn)為目標(biāo)進(jìn)入遮擋區(qū)，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，維持該P(yáng)RF半個(gè)遮擋周期，然后切換至下一個(gè)PRF;若檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度過門限5次及以上，則認(rèn)為目標(biāo)進(jìn)入透明區(qū)，保持當(dāng)前PRF。

可以利用彈目距離信息準(zhǔn)確計(jì)算出信號(hào)是否處于遮擋區(qū)，在遮擋發(fā)生前切換PRF，關(guān)鍵在于如何計(jì)算彈目距離信息。對(duì)于高重頻導(dǎo)引頭，可以較精確地測(cè)得目標(biāo)速度，因此，若載機(jī)能提供較精確的初始裝訂距離，則可以在截獲后通過對(duì)彈目距離的徑向速度積分來獲得彈目距離信息，如式(5)

R0為載機(jī)提供的初始裝訂距離，每幀更新，fd為最新的回波多普勒速度測(cè)量值，每幀更新，若當(dāng)前幀沒有截獲目標(biāo)，則由前一幀的速度測(cè)量值外推當(dāng)前幀的速度值。

計(jì)算出彈目距離R后，可根據(jù)式(3)算出無遮擋的PRF，并切換至該P(yáng)RF工作。

當(dāng)載機(jī)能提供較精確的初始裝訂距離R0時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用方法2)，但是如果載機(jī)受到干擾而不能提供精確的初始裝訂距離，則應(yīng)使用方法1)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

首先，根據(jù)PRF優(yōu)選策略確定一組PRF。

1)確定重頻范圍。已知參數(shù) VTmax=3 Ma，VMmax=4.5 Ma，λ =1.7 cm，則由式(4)計(jì)算得重頻最小值 frmin=480 kHz;重頻的最大值frmax=550 kHz;

2)確定n個(gè)候選重頻。在frmin至frmax的頻率范圍內(nèi)，確定滿足2.1)和2.2)的重頻有22個(gè)，部分如下:

3)建立候選重頻組。從上述22個(gè)候選重頻中任意抽取5個(gè)組成一個(gè)候選重復(fù)頻率組，則共組成C522=26 334個(gè)候選重頻組;

4)確定重頻組。由式(3)分別統(tǒng)計(jì)重頻組Fi(i=1，2，…，26 334)的遮擋性能，確定重頻組為

然后，選擇合適的重頻切換方式切換確定的5個(gè)重頻，當(dāng)載機(jī)能提供較精確的初始裝訂距離時(shí)，計(jì)算出彈目距離信息并判斷信號(hào)是否處于遮擋區(qū)，在遮擋發(fā)生前切換PRF;當(dāng)載機(jī)受到干擾而不能提供精確的初始裝訂距離，則應(yīng)按照一定的幀周期間隔順序循環(huán)切換。

在試驗(yàn)室內(nèi)通過觀測(cè)接收機(jī)回波檢波電壓可知導(dǎo)引頭抗遮擋效果，若檢波電壓值在0 V附近表明回波處于遮擋區(qū)，大于1 V表明回波處于透明區(qū)，圖3、圖4分別為采用變PRF抗遮擋方法前后檢波電壓的值。

由圖3、圖4可知，在導(dǎo)引頭工作時(shí)間內(nèi)，采用本文方法前目標(biāo)周期性的進(jìn)入遮擋區(qū)和透明區(qū)，采用本文方法后檢波電壓值穩(wěn)定處于1.6 V附近，達(dá)到了抗遮擋的目的。

圖3 采用本文方法前檢波電壓值

4 結(jié)論

本文提出了一種變PRF抗遮擋方法，該方法使得測(cè)距模糊的高重頻PD雷達(dá)導(dǎo)引頭具備抗遮擋能力，提高了導(dǎo)引頭對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)性能和跟蹤能力。試驗(yàn)表明:提出的方法具有較好的抗遮擋性能。進(jìn)一步研究需注意解決PRF轉(zhuǎn)換時(shí)可能引起的系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的問題。

［1］ 董勝波，張文濤，張曉峰，等.脈沖多普勒雷達(dá)導(dǎo)引頭遮擋問題解決方法研究［J］.宇航計(jì)測(cè)技術(shù)，2008，28(3):1－4.

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(責(zé)任編輯楊繼森)