一维集筛选法解高速运动目标距离模糊

马 超， 王 丹， 李毓琦

（上海无线电设备研究所，上海200090）

0 引言

采用高、中PRF脉冲多普勒体制的主动雷达导引头，当目标回波延迟时间大于脉冲重复周期时，导引头测量弹目距离时产生距离模糊。由于主动雷达导引头采用收发共用天线，目标回波由一个重复周期移动到相邻一个重复周期时，目标回波信号落在脉冲发射期间，此时接收机和天线馈线系统间是“断开”的，导引头不能接收目标回波，而产生距离遮挡效应。因此脉冲多普勒雷达一般采用多重脉冲重复频率工作方式［1］，通过改变发射波形重频，增大导引头最大可测单值弹目距离；且发射脉冲重复频率不同，其遮挡距离亦不同，因此通过改变发射脉冲重复频率，避免发生距离遮挡效应。

常用的变重频解模糊方法有余差查表法和一维集筛选法［2～4］。由于余差查表法对噪声和距离量化误差较敏感，余差查表法不能满足高速运动目标情况下测量弹目距离的要求。本文通过仿真、分析一维集筛选法测量高速运动目标距离的特性，验证了一维集筛选法可用于解高速运动目标距离模糊，且此方法对噪声和距离量化误差不敏感，能够满足高速运动目标测距的要求。

1 余差查表法

1.1 余差查表法原理

余差查表法是利用目标在不同重复频率上的余数（视在距离）之差进行解模糊。此方法是选择目标在某一重频上的余数作为基准，将其它各重频上的余数与基准相减，所得之差作为查找表中的查找项，与余差表进行匹配，在满足一定测量误差的情况下，可以快速地得到目标真实距离。

1.2 余差查表法局限性分析

余差查表法解模糊的关键在于生成目标所在基准重频视在距离门与其他重频视在距离门差值。脉冲多普勒雷达导引头发射两种重频脉冲信号中间具有时间间隔，在此过程中目标已移动距离为

式中：v为弹目相对速度；t1为导引头相干积累时间；t2为目标检测时间。

生成的查找表项在余差表中能够找到匹配项是解距离模糊成功的条件，即两种发射重频脉冲所测的目标距离在同一个距离门内，需要满足：

式中：ΔR 为两种重频脉冲间隔内目标移动距离；Rg为导引头系统距离波门长度。

脉冲多普勒主动雷达导引头设计中，t1、t2、Rg一般固定不变，因此当弹目相对速度增大到一定程度，式（2）不再满足，则余差查表法不能正确解出距离模糊。

2 一维集筛选法

2.1 一维集筛选法原理

一维集筛选法，首先选定一个重频为基准重频，由该重频的视在距离和所有可能模糊度，列出所有可能的距离值集合。在不考虑测距误差的情况下，目标真实距离一定在这组集合中。然后再以其他不同重频观测得到的视在距离作为检验项，筛选出目标真实距离。

2.2 一维集筛选法步骤

假定通过n 重频解距离模糊，各重频周期对应的最大不模糊距离为Ru1，Ru2，…，Run，目标在各个重频上的视在距离依次为R1，R2，…，Rn，并假定雷达最大探测距离为Rmax。

步骤1：选定一个重频为基准重频，假设第一个重频为基准重频，则计算列出基准重频下所有可能的目标距离为

式 中：xi＝R1+iRu1；i ＝0，1，…，m；m ＝int（Rmax／Ru1）为 最 大 模 糊 度；int［…］为 取 整运算。

步骤2：计算由基准重频产生的各个距离对其他重频最大不模糊距离的余数，得到各重频下一组余数为

其中：

步骤3：比较上一步得出di与其他重频检测得到的视在距离。其中其他重频检测得到的视在距离为R ＝［R2，R3，…，Rn］T。由ei＝di-R，得到误差矩阵为

步骤4：在‖e0‖，‖e1‖，…，‖em‖ 中寻找最小值，若‖ek‖ 值最小，则k 为目标真实模糊度，由此得到目标真实距离R＝R1+kRu1。

3 计算机仿真验证

以某脉冲多普勒雷达导引头为例，假定导引头工作方式为顺序循环发射八种重复频率脉冲，八种重复频率脉冲对应的距离波门个数依次为56、51、47、43、41、39、33、29，导引头最大作用距离为400个距离波门。主动导引头发射脉冲宽度8个距离波门，假定目标反射脉冲落入发射脉冲期间，导引头信号处理机检测不到目标视在距离，即没有可用目标距离门信息，则该重频不参与解距离模糊。

设定仿真条件为，目标检测时间T ＝t1+t2，系统一个距离波门宽度为Rg，弹目相对速度v＝Rg／T，目标运动初始距离设为400个距离波门，运动结束距离为8个距离波门。并设定余差查表法选取二种不同重复频率脉冲解模糊，一维集筛选法用选取三种不同重复频率脉冲解模糊。

（1）弹目相对速度取0.8v

当弹目速度取0.8v，弹目相对运动过程中导引头可检测目标次数为N＝491帧。分别仿真余差查表法、一维集筛选法解模糊结果，如表1所示。

表1 弹目速度0.8v时仿真结果统计

表1中所述数据匹配准则采用8取2准则，即近8帧中有2帧以上解出弹目距离相同，则输出该目标距离。从表1 中得出一维集筛选解模糊效率是余差查表法的20.2倍。图1为余差查表法测得距离与目标真实距离对比。

图2为一维集筛选法测得距离与目标真实距离对比。

（2）弹目相对速度取1.1v

当弹目速度取1.1v，弹目相对运动过程中导引头检测目标次数为N＝357次。分别仿真余差查表法、一维集筛选法解模糊结果，如表2所示。 从表2看出余差查表法已丧失解距离模糊能力，一维集筛选法测距结果与目标真实距离对比如图3所示。357次。仿真一维集筛选法解模糊结果，如表3所示。

图1 弹目速度0.8v时余差查表法仿真结果

图2 弹目速度0.8v时一维集筛选法仿真结果

图3 弹目速度1.1v时一维集筛选法仿真结果

表2 弹目速度1.1v时仿真结果统计

当添加随机测距误差时，一维集筛选法测距结果与目标真实距离对比如图4所示。

表3 弹目速度1.1v添加测距误差时仿真结果

图4 弹目速度1.1v且添加测距误差时一维集筛选法仿真结果

4 结束语

通过计算机仿真对比余差查表法和一维集筛选法解距离模糊，验证了在一维集筛选法比余差查表法解模糊法效率高，容错性好。弹道导弹飞行末端的速度较高，在针对高速运动目标时，采用高、中PRF 的脉冲多普勒体制的主动雷达导引头可以采用一维集筛选法测量弹目距离，通过变换发射波形重复频率完成无时域遮挡的距离跟踪。

［1］ 吴韩平，等，译.George W.Stimson 机载雷达导论（第二版）［M］.北京：电子工业出版社，2005.

［2］ 周闰.余差查表法解单目标距离模糊的分析和仿真［J］.系统工程与电子技术，2002，5（24）：30-31.

［3］ Trunk，Brockett.Range and Velocity Ambiguity Resolution［C］∥The Record of 1993IEEE International Radar Conference，1993：146-149.

［4］ 李萌辉，李明.基于一维集搜索方法的PD 雷达解距离模糊高效算法［J］.电子信息对抗技术，2010，5（25）：22-25.