基于角閃爍抑制的高分辨雷達角跟蹤技術

隨著精確制導技術的不斷發展，導彈應具有直接瞄準目標并打擊其要害部位，這就要求雷達不僅能對目標整體進行測量、跟蹤，而且還要從角度上分辨出目標不同的部位，因此雷達必須具有很高的測角精度。但是當高分辨導引頭雷達接近目標時，角閃爍成為雷達測角的主要誤差來源，因為此時目標不再是點目標，而是由幾個強散射中心組成的分布式目標，回波信號由這些散射中心的回波矢量合成，這個合成等
效為一個視在中心的結果，中心位置就是實際測量的位置。隨著目標相對運動，散射中心的反射不斷變化，導致回波相位波前面的畸變，波前在接收天線口徑面上的傾斜和隨機擺動從而產生測角誤差，這種現象稱為“角閃爍”，嚴重時角閃爍將會導致跟蹤點偏離到目標之外。因此角閃爍抑制問題是導引頭雷達必須解決的問題。
國內在高分辨雷達角閃爍抑制方面作了許多研究，提出了基于和差通道距離像的單脈沖測角，但是這種算法中沒有考慮天線方向的影響，測角精度不高。本文基于此并對其不足有所改進，從高分辨雷達角閃爍產生的根本原因入手，提出一種基于高分辨雷達測角算法。該算法在測角前首先對目標回波信號和差通道進行一維成像，然后根據單脈沖雷達測角原理得到目標在各個距離單元的角度信息，最后通過加平
均處理得到目標幾何中心空間角度。

1 高分辨雷達的角閃爍特性分析
線性調頻步進信號是高分辨雷達常用的一種形式，該信號是把步進頻率中的常載頻子脈沖換成線性調頻子脈沖，其優點是保持步進頻率信號能量和總帶寬不變的同時減少步進階梯的周期數，從而提高了系統數據利用率。信號的表達式為

其中，為基帶線性調頻子脈沖；線性調頻子脈沖個數為N；Tr為子脈沖重復周期；Tp為時寬；子脈沖帶寬BN=B／N；調頻斜率K=BN／Tp。相鄰子脈沖間的載頻增量為△f；第一個子脈沖的中心頻率為fo；則第i個子脈沖的中心頻率為fci=fo+iBN；其中i=0，1，2，…，N-1。
毫米波雷達發射信號波長遠小于目標尺寸，工作在目標光學區，后向散射回波可以認為目標上強散射中心回波合成。設目標上有M個散射中心到雷達的徑向距離分別Rk，k=1，2，…，M，不考慮目標和導引頭之間相對運動，則第i個子脈沖回波為

式中，Tk=2Rk／c為第k個散射點延遲，將回波信號與本振信號混頻，輸出視頻信號為

由式(3)可以看出，調頻步進信號視頻回波由兩部分組成，信號處理可以分為兩個步驟：首先在各個PRT內進行線性調頻信號脈沖壓縮，其次對壓縮后進行PRT之間的IDFT處理。
不考慮目標和導引頭之間的相對運動，線形調頻信號的脈沖壓縮結果為

取采樣時刻為t=iTr+τk可得采樣后第i個子脈沖的回波輸出為

這樣就實現了對N個脈沖串的壓縮，合成一個大帶寬脈沖信號，其總帶寬B=N△f，距離分辨率為△R=c／2B。當△R目標徑向尺寸時，IDFT處理所得的序列幅度{x(m)| m=1，2，…，M}反映了目標上強散射中心的雷達散射截面積在徑向距離軸上的投影分布，稱為目標的一維距離像。