中重频在目标跟踪过程中的应用

中重频在目标跟踪过程中的应用

寇帅伟,马鑫鑫

西安黄河机电有限公司 陕西 西安 710043

摘要：低重频往往距离不模糊但存在速度模糊；高重频往往速度不模糊但距离模糊严重。受限于T/R组件占空比，工程中往往采用中重频，因此既要解速度模糊又要解距离模糊。本文根据某雷达威力、速度覆盖范围，在目标跟踪过程中通过合理选择重频约束条件，筛选出当前最佳重频组合。

关键词 行进中；杂波抑制

Application of Medium Pulse Repetition Frequency in Target Tracking

Abstract:Low pulse repetition frequency usually has no range ambiguity,but there is speed ambiguity;and high pulse repetition frequency has the opposite characteristics.Limited by T/R module’s  Duty ratio,medium pulse repetition frequency is often used in engineering,which is necessary to solve both speed ambiguity and range ambiguity.In this paper,according to the power and speed coverage of a radar,the current best PRF combination is selected by reasonably selecting PRF constrains in the tracking process.

0 引言

低脉冲重复频率波形可提供精确而又远的非模糊距离测量，但会产生严重的多普勒模糊。高脉冲重复频率波形可提供较高的平均发射功率和极好的杂波抑制能量，但它具有极大的距离模糊[1]。实际工程应用中制导雷达常采用中重频，通过解距离、速度二维模糊达到对目标的稳定跟踪。

针对模糊问题，多种基于多重频联合解二维模糊的算法被人们提出。应用最多的有中国余数定理法[2]、遍历算法、一维集算法[3]和余数查表法[4]。

实际应用中，受限于雷达系统参数，如占空比、重频数目、盲区大小以及解模糊能力等的制约，重频组的选择则对于多重频雷达系统的设计至关重要[5]。

在目标稳定跟踪阶段，若继续采用固定重频，则随着目标距离、速度变化，不可避免的会产生速度落入杂波通道的情况，为解决这一问题，本文提出稳跟过程中自动选重频的算法，通过仿真验证了所提方法的有效性和实用性。

1 解模糊原理

一般雷达是通过计算发射信号和目标回波的时间差来测量目标距离的。当雷达发射的第二个脉冲在接收到第一个脉冲的回波之前，就无法分辨回波信号对应的原发射脉冲，因此产生了距离模糊。工程上在目标跟踪初始阶段常采用低重频进行跟踪，此时由于距离不模糊，可以用距离跟踪的微分值作为解速度模糊的初值。通常使用两种以上不同重频联合解模糊。

图1 速度解模糊示意图

如上图所示，假设三种重频均可检测到目标，根据检测到的视在多普勒值，可以计算出所有可能的多普勒真值为

其中fri为重频值，fd为视在多普勒频率且。x,y,z=1,2,3…

理论上多普勒真值应为三个重频中多普勒可能值所对齐的位置。由于测量误差的影响，多重频检测结果可能存在一定偏差，导致“虚影”目标的出现。此时需借助距离跟踪的微分值加以剔除。

2自动选重频

2.1重频约束条件

现代相控阵雷达具有参数灵活设置的优点，可以根据战术指标要求灵活地设置波束指向、波束宽度、信号频率、带宽、脉宽、脉冲重复周期以及相参积累点数等工作参数。雷达的脉冲重复频率和脉冲个数决定着雷达的探测距离范围和速度分辨率，是一个对雷达性能至关重要的参数。

当已知目标距离、速度等先验信息时，可以根据先验信息进行自动选重频周期和重频个数，算法简单容易实现，同时达到距离/速度解模糊的目的。

一般脉冲重复频率的选择应遵循以下原则：

a)当距离不模糊时，重频周期应覆盖最大跟踪距离；

b)当脉宽一定时，重频应不大于最大占空比的限制；

c)在同样发现概率下应尽可能增大脉冲个数，即减少重频周期；

d)最大脉冲个数往往受限于后端信号处理的运算能力，即MTD点数；

e)所选重频应提供较大的杂波清洁区和较小的杂波抑制区；

f)为保持系统的稳定，距离模糊度和速度模糊度不应太大。

2.2重频设计和仿真

基于以上约束条件，结合具体雷达参数进行仿真。

假设某雷达威力20km，速度范围10要求最大占空比为20%，最大距离模糊度为3，最大速度模糊度为10，MTD最大点数为64，CPI时间为5ms。由MTD最大点数决定最大脉冲个数为64；当脉冲宽度为10us时由最大占空比决定最小重频周期为50us，也意味着6km以内目标距离是不模糊的。

跟踪过程自动选重频的前提条件是在目标跟踪距离段、速度覆盖区存在可选择的重频满足距离、速度可解模糊。因此需要验证重频范围选择是否合适。

根据设计参数和约束条件，在6km~20km之间采用中重频，重频选择范围为50us~130us。该重频下的距离、速度遮挡情况如下图所示。

图2 距离速度覆盖区的重频周期和重频个数

图3 距离速度覆盖区的模糊度

由上图看出在该重频周期范围内，在前述约束条件的限制下，通过合理选择重频周期和脉冲个数可以使全距离段全速度段距离、速度不模糊。

3工程应用情况

某雷达设计由两级中重频，即在远区扩大重频范围以减少距离模糊度，使脉冲个数控制在32以内；近区减少重频范围以增大脉冲个数，使脉冲个数控制在64以内。实测参数如下:

图4 某雷达跟踪过程中自动选重频结果

图5 角误差跟踪情况

跟踪过程中根据当前的距离、速度等信息进行下一周期重频的自动选择，从角误差跟踪情况来看，整体误差小于10分，满足角度测量误差不大于0.2度的要求。

4结论

目标跟踪阶段通过自适应选重频可有效克服跟踪过程中由于目标距离、速度变化引起的模糊问题，同时保证一定的跟踪精度。本文通过对重频选择的约束条件进行仿真，并通过工程应用验证了该自动选重频方法的可行性，为脉冲多普勒雷达进行参数设计提供了一定的参考价值。

参考文献

[1] [美] Bassem R.Mahafza等编著.雷达系统分析与设计[M].北京：电子工业出版社，2008.10

[2] RICHARDS M A,Scheer J A. Principle of Modern Radar[M]. North Carolina:SciTech ,2010.

[3] 常龙，姜秋喜，潘继飞.宽带线性调频雷达信号特征研究[J].舰船电子对抗，2005，28（4）：39-43.

[4] 王莹，苏宏艳，朱淮城，袁起.末制导环境下余数查表法的优化设计[J].现代防御技术，2010，38（6）：103-106.

[5] AHN S,LEE H,JUNG B W. Medium PRF Set Selection for Pulsed Doppler Radars Using Simulated Annealing [C]. IEEE Radar Conference,2011:090-094.