一种低重频脉冲雷达的速度解算方法

李邦芹

(中国电子科技集团公司第20研究所雷达部，陕西 西安 710068)

目前，低重频脉冲雷达以其测距清晰的特点，主要用于航天测控、军事预警侦察、气象测量、资源探测等领。因为雷达体制方面的限制，低重频脉冲雷达在测速时具有严重的速度模糊，所以一般不用于测速。但径向速度作为目标的重要特征参量，已成为现代雷达测量的重要元素，特别在机载雷达中，通过目标速度的测量，既可用于分辨真假弹头，进行目标识别，还可用于提高测距的精。脉冲多普勒雷达为适应战术应用的需要，对雷达的测速功能提出更高的要求，因此，需要找到一种方法，让低重频脉冲雷达具备测速的功能，以充分发挥雷达的测速作用。

MTD雷达是利用回波的多普勒信息来测定目标的速度。在动目标检测(MTD)中，通过利用窄带滤波器组来检测出多普勒频率fd的大小，根据关系式fd=2 vr/λ和雷达的工作波长λ，利用式(1)解算出目标的径向速度vr。因此对目标径向速度vr的测量便转换为多普勒频移fd的测量

1 多普勒频移的检测

1.1 FFT实现8通道窄带滤波器组

在雷达实际工作中，多普勒频移fd不能预知，因此需要采用一组相邻且部分重叠的滤波器组，覆盖整个多普勒频率范围0～fr，fr这就是窄带多普勒滤波器组。8通道窄带滤波器组具有8个输出的横向滤波器组。该滤波器组的频率覆盖范围为，为雷达工作的重复频率。如图1所示，横向滤波器有7根延迟线，每根延迟线的延迟时间Tr=1/fr。设加在8个输出端头的加权值，为［3］

式中，i表示第i个抽头;k表示从0～7的标记，每个k值对应一组不同的加权值，相应地对应一个不同的多普勒滤波器相应。

在8通道窄带滤波器组中，第k滤波器完成的运算是

用快速傅里叶变换(FFT)的算法完成式(3)的运算，即用FFT实现8个滤波器组。结果如图1所示。

图1 FFT实现8通道窄带滤波器组

1.2 雷达速度解模糊算法

通常弹丸的速度为600～1000 m/s范围，多普勒频率范围为34500～63167 Hz，可以通过使用参差、速度插值、速度估计的方法实现测速［4］。

假设发射频率为f1，在重复频率1 kHz的条件下，MTD后检测的多普勒频率为fd1，模糊系数n1;在重复频率1.1 kHz的条件下，MTD后检测的多普勒频率为fd2，模糊系数 n2。令目标真实的多普勒频率为 fd，满足［5］

式(4)及式(5)包含3个未知数，无解。但式(4)、式(5)满足

1.3 模糊系数n1、n2的估计

分别在发射频率为34500 Hz和63167 Hz，弹丸速度最高限1000 m·s－1和最低限600 m·s－1条件下做仿真实验，结果如下表1和表2所示。

表1 速度为1000 m/s动目标模糊系数估计

表2 速度为600 m/s动目标模糊系数估计

对于同一目标，在发射频率不变的情况下，仅改变重复频率，不同重复频率下那么检测到的真实多普勒频率为fd是相等的，并且满足约束条件n2＜n1。

根据测速范围600～1000 m/s的动目标，取n1和n2在两种重频条件下覆盖的最大范围:31＜n＜63，这样就可以遍历所有满足条件的n1和n2即设定误差因子 ε，n1和 n2满足

可以根据实际应用条件取合适的ρ值，求解出符合条件的n1和n2，根据式(4)及式(5)解算出多普勒频率fd。此时求出的fd在34500～63167 Hz频率范围存在几个解，其中只有一个解才是准确的目标多普勒频率。为了得到这个准确解，需要一个粗略速度引导值，由此解算出真正的多普勒频率fd。

2 仿真分析

2.1 仿真实验

基于参差的方式测速。仿真条件:雷达发射频率为X.XXX GHz，重复频率fr分别取1 kHz和1.1 kHz，测频范围为34500～57500 Hz。仿真结果如表3所示。

表3 参差方式检测目标多普勒频率

2.2 数据分析

上述的数据测试，以精度为5 Hz的插值解算，所以检测的多普勒频率都是5的倍数。如果要进一步提高测速精度，可以通过提高插值精度，这样可以更准确检测多普勒频率，实现精确测速，但信号处理时间会增加。

2.3 测速精度

以发射频率X.XXX GHz为条件，计算测速精度。仿真数据中最大误差为22 Hz，故计算的速度误差

因为速度误差＜0.5 m/s，满足精确测速要求。

3 结束语

指出了低重频脉冲雷达存在严重的速度模糊，且一般不用于测速的缺点，进而提出一种低重频脉冲雷达的速度解算方法，利用FFT实现8通道窄带滤波器组，并通过参差、速度差值、速度估计实现测速。仿真实验表明此种方法满足精确测速要求，具有一定的理论意义和实用价值。在具体工程实践中，还需考虑发射频率稳定度、本振频率稳定度、光速、热噪声、计算误差等因素带来的测速误。

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