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动目标显示雷达

归档日期:07-25       文本归类:固定目标      文章编辑:爱尚语录

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  动目标显示雷达检测强杂波中的动目标信号的能力虽不如脉冲多普勒雷达,但简单经济,因此获得广泛应用,如用作监视低空的防空雷达、战场监视雷达、机载雷达和用于空中交通管制等。

  在雷达显示器或其他终端设备上仅显示所需要的动目标的脉冲雷达。在很多情况下,目标都是运动的,如飞机、导弹等,而在雷达回波中既有所需要的目标回波,也有不需要的物体回波,如地物、云雨、干扰金属箔条的回波(称为杂波)。大部分杂波源近似于静止,但分布面积大。因此,杂波可能比目标回波强得多,干扰对目标的观测。动目标显示雷达具有区别动目标回波与杂波的能力,并能通过杂波滤波器对杂波进行抑制。区别动目标回波与杂波,有两种基本方法。一种是根据天线相邻扫描周期间回波的位置变化来区别,但这种方法因难以在强杂波中检测目标信号而很少应用。另一种方法是根据相邻发射-接收周期的回波的相位变化来区别,即利用目标和杂波源对雷达的不同径向速度所引起的两者回波的多普勒频移的差别。采取滤波措施滤掉杂波,能在比目标回波强得多的杂波背景中检测动目标回波。一般的动目标显示雷达都属此类。

  利用多普勒频移的动目标显示雷达,需要把回波的相位值变换成三角函数表示的幅度值,然后进行处理。为此,可采用相干动目标显示与非相干动目标显示两种方式。在相干动目标显示中,需要保持发射与接收信号间的相位关系,其相位基准是与发射信号相位关系固定的连续波。相位检波器输出的相邻周期回波的波形在距离-幅度显示器上显示的形状。当频率稳定时,固定地物回波幅度不变,动目标回波幅度以多普勒频率跳动。在平面位置显示器上检测动目标时,须用杂波滤波器把地物杂波滤掉,通常用延时T=1/fr(式中fr为脉冲重复频率) 的延迟线组成的隔周期对消器作为杂波滤波器。对消器可以等效为传输函数为H(fd)=2sinπfdT的梳状带阻滤波器,可把多普勒频移等于零的杂波滤掉而保留大部分动目标回波。但多普勒频移等于±n/T(n=1,2,…,N)的动目标回波也被滤掉,所以相当于多普勒频移等于±n/T 的径向速度,也称盲速。克服的办法是用不等间隔的周期(参差周期)方式工作,选择参差值可把第一个盲速移到目标速度范围以外。用振荡式发射机时,各周期发射信号对相位基准信号不相干,需要用发射脉冲的相位锁定(强迫同步)作为相位基准的连续波的相位。这个过程称为锁相。锁相误差会降低抑制杂波的性能。非相干动目标显示用杂波作为相位基准,因此又称外相干,利用经幅度检波的杂波与目标回波的差拍信号来检测杂波中的目标回波。40年代非相干体制曾用于机载雷达和舰载雷达,也曾为地面雷达用以对付干扰箔条,但性能不如相干体制,而且在检波前限幅时和在无杂波区都会丢失目标。因此,50年代相干体制获得进展后,已很少采用非相干体制。

  云雨、金属箔条等随风飘动,多普勒频移有时很高,需要采取补偿相对运动的措施。例如,可在本振频率中通过外差引入与杂波多普勒频移数值相等而符号相反的频率,或按周期间杂波相位变化值使回波相位产生相反符号的相位移,使补偿后的杂波多普勒频移接近零值。这种措施也用于补偿雷达的运动。对于沿天线指向切线方向运动的目标因多普勒频移等于零,必须根据目标位置变化或回波幅度变化来发现动目标。

  由于天线波瓣调制、设备不稳定和杂波源扰动等因素,杂波呈现宽齿梳状频谱(齿宽即杂波频谱宽度),经杂波滤波器滤波后仍有杂波剩余。动目标显示性能越好,杂波剩余越小。常用的性能指标是动目标显示改善因数,是指杂波滤波器的输出信号杂波比与输入信号杂波比的平均比值。类似的指标还有杂波对消比、杂波中目标可见度等。但因均未考虑雷达信号的距离分辨力和天线空间分辨力,不能用来比较两种雷达的性能。为了提高改善因数,在信号产生、处理、传输各个环节,对信号幅度、频率、相位和延迟稳定性都有严格的要求,如达到60分贝的改善因数,周期间发射信号的均方根相位噪声应小于0.06°。接收机限幅会展宽杂波频谱,使处理效果受到限制,其损失随对消器级联数的增加而增加,因此要求改善因数高的接收机保持线年代初,地物杂波对消比仅20分贝左右。50年代中期,采用速调管发射机和熔石英延迟线级联对消器,地物杂波对消比达到30分贝左右。60年代以来,数字式动目标显示和数字式动目标检测技术的发展使改善因数达到40~60分贝。

  由数字逻辑电路(见逻辑电路)和大容量存储器组成,具有稳定、可靠、灵活、动态范围大等特点。除数字式对消外,还可实现恒虚警率功能,以及用杂波地图控制接收机增益、工作方式和检测门限。单级矢量对消器原理如图4。其求模后的目标信号幅度不再以多普勒频率跳动,可减少检测损失,而且便于按参差周期方式工作。对信号矢量的两个正交分量分别进行时变式加权,可对回波移相、移频,以补偿杂波多普勒频移或实现同时抑制不同速度的杂波。矢量对消器与单通道对消器不同,没有盲相效应,消除了这类目标的检测损失。它借助存储器进行跨几个周期的对消,可实现抑制杂波与雷达脉间变频兼容。若在对消器输出端级联以 8点(或16点)快速傅里叶变换运算硬件构成的多普勒滤波器组,则每个滤波器输出端有相应的恒虚警率电路,除零多普勒频率信号外,其他多普勒频率信道的信号经峰选后合成一路输出。这类处理方式称为动目标检测器。动目标检测器对付宽频谱杂波更为有效,但处理时间较长。

  杂波情况因时因地而异,杂波滤波器的特性应能与杂波情况相适应。为此,需要取得环境数据进行反馈,使系统工作最佳化。这种自适应动目标显示技术,是正在发展中的更好的途径。

  王永寿. 自适应动目标显示雷达[J]. 飞航导弹,1990,(08):43.

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