基于查表法解雷达导引头速度模糊算法的分析和仿真

崔 念 张江华 万红进 尚 煜

(西安电子工程研究所 西安 710100)

0 引言

模糊问题是脉冲多普勒雷达的固有问题，在目标的延迟时间大于发射脉冲的重复周期时，会产生距离模糊。当目标运动引起的多普勒频率大于发射脉冲的重复频率时，会产生速度模糊［1］。对高速目标来说距离和多普勒模糊会产生错误信息并影响雷达导引头的目标跟踪，因此如何解决脉冲多普勒雷达的模糊问题是实际应用中的一个重要问题。采用合理而快速的算法对保证目标的检测概率和降低虚警率都有重要的意义。

对于解速度模糊，目前有很多的算法，但大部分算法实现复杂，运算量大，不利于工程实现。实际上，当雷达导引头稳定工作时，它的重复频率是确知的，而运动目标的相对速度是有限的，也就是说目标的多普勒频率总在一定范围内［2］。基于此，本文提出了一种基于查表的解速度模糊工程算法，该方法通过对事先已知的弹目相对速度范围进行离线运算并将计算结果存储到DSP 中，在实际应用时，仅需对所存结果进行遍历查找，在保证系统精度和容错性能的前提下，可以大大提高系统的运行效率，减少系统的运算量，同时，也更有利于算法的工程应用。

1 解速度模糊算法原理

假设有N个脉冲重复频率，各个脉冲重复频率分别为prf1，prf2，…，prfN，每个脉冲重复频率对应到多普勒通道上的频道带宽分别为Δf1，Δf2，…，ΔfN，在解模速度糊范围内，每个重频所对应的最大模糊次数分别为。

对于特定的某个目标，假定其相应的重复频率模糊次数分别为k1，k2，…kN，目标的多普勒通道为d1，d2，…dN，真实的目标多普勒频率为f，则有:

即:

其中整数N为重频个数，ki为频率模糊次数，fri为脉冲重复频率，di为目标的多普勒通道值，Δfi为多普勒通道上的频道带宽，fdi为目标视在多普勒频率，f为目标的真实多普勒频率［3］。

图1 解速度模糊原理

ki即为目标点所对应的各重频下的模糊度。实质上，在雷达导引头稳定跟踪情况下，fri，di，Δfi，fdi均为已知或可计算得到的参数。因此，雷达导引头解模糊的实质就是确定所跟踪目标的模糊深度。同时，采用设计的检测准则，在提前建立好的表格中对测量视在频率和查表视在频率进行匹配，就可获得雷达导引头所跟踪目标的模糊度数值，再根据式(2)、式(3)推算出目标真实的频率，进而计算其真实速度值。

2 解速度模糊的实现

在雷达导引头解模糊的工程实践中，利用雷达导引头和所要打击目标的已知参数，先离线求出可以事先求取的查表信息，来减少导引头在线计算的重复运算，进而降低运算量。因此，我们可以提前计算出每个脉冲重复频率的模糊次数分别为k1，k2，…kN，目标视在多普勒频率fd1，fd2，…fdN，将其存放到存储器的内存中建立表格，解速度模糊时，就可直接从所建表格中读取，不需要再进行计算，这将大大降低系统的运算量［4］。

在应用于雷达导引头时，其所需要实现的解模糊范围与所应用导弹的弹速以及所要打击的目标运动速度有关。首先，确定需要解模糊的速度范围，即。再依据工程需求和拟采用的脉冲重复频率来确定建表的测速精度，即速度步进量δv，将速度范围以δv的步进转换为频率值，并从小到大排列。对每个频率值分别求取各个脉冲重复频率为prf1，prf2，…，prfN下的取整值和求余值，利用这些来建立查表表格。

图2 解模糊流程图

在建立解模糊表格后，就可以利用所建立的表格来解速度模糊。首先遍历查找解模糊表格中的个节点，也就是跟踪目标多普勒频率的所有可能范围，对于表格中的每个频率节点，分别计算并与解模糊门限比较，判断过门限与否。查找所建立的整个解速度模糊表，根据事先确定好的检测准则，来确定目标的模糊深度，进而计算得到目标的真实速度。

3 仿真实验

设雷达和目标之间的相对速度范围为-330m/s～330m/s，分别采用两种脉冲重复频率(prf1=11kHz，prf3=15kHz)和三种脉冲重复频率(prf1=3kHz，prf2=5kHz，prf3=11kHz)，雷达的波长采用8mm 波段。则解速度模糊的仿真结果如下图所示。

图3 两重频解速度模糊

图4 三重频解速度模糊

由图3、图4 和图5 的仿真结果可以看出，在解模糊速度范围之内，所建立的解模糊表格以及解速度模糊算法可行，从图中可以看出，各视在频率的解速度模糊曲线与所设定的目标真实速度曲线重合，复合算法的设计期望。

图5 速度解模糊后的放大图

图6 存在两个多普勒频道误差的解速度模糊

图7 存在两个多普勒频道误差的解模糊后放大图

在雷达导引头的实际工作中，由于环境因素、目标类型等原因，各CPI所检测到的目标的视在频率有可能是不精确的，有一定的多普勒频道误差存在。所以仿真中，为验证设计算法的容错性，随机生成2个多普勒通道的误差，分别加到每个CPI的视在频率上，所得的算法仿真如图6、图7所示。从上面的仿真结果可得，虽然解速度模糊的结果曲线并未完全与设定的目标真实速度重合，但其都在真实速度附近有1m ～2m 的波动误差，这是由于视在频率加入了2 个频道宽度的随机误差所引起的结果。由此可知，所设计的解速度模糊算法有一定的容错能力，更适合应用于雷达的实际外场工作情况。

4 结束语

本文给出了一种基于查表法的解速度模糊算法，讨论了速度模糊产生的原理，给出了解速度模糊表格的建立方法及解速度模糊算法流程图。针对两重频解速度模糊、三重频解速度模糊以及视在频率存在两个频道宽度误差时的解速度模糊算法进行了算法仿真。算法仿真结果表明，所设计的解速度模糊算法可行，且在加入随机测量多普勒频道误差时，依然能获得较准确的目标真实速度，同时，易于工程实现。

［1］王佳苗，杨 菊，吴顺君.一种脉冲多普勒雷达解距离模糊的新算法［J］.雷达与对抗，2005，03:38-41.

［2］廉志玲，张代忠，张小菊.一种基于查表的解速度模糊算法［J］.雷达科学与技术，2011，9(4):358-361.

［3］周闰，高梅国，戴擎宇，雷文，韩月秋.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，2002，24(5):30-31.

［4］张代忠，洪一，邱炜.脉冲多普勒雷达中的解模糊算法及实现［J］.雷达科学与技术，2004，2(5):293-297.