目标在面阵间运动的数据处理方法研究

韩向清，刘德虎，匡华星

(中国船舶重工集团公司第七二四研究所，南京 211153)

目标在面阵间运动的数据处理方法研究

韩向清，刘德虎，匡华星

(中国船舶重工集团公司第七二四研究所，南京 211153)

相控阵体制被动雷达多个面阵同时多波束接收信号，脉冲流复杂密集。针对目标在两个相邻面阵间运动容易出现虚假等问题，在数据处理方面进行了分析研究及仿真验证。设计中从接收、数据存储及数据处理多个方面进行了研究。经验证目标能从一个面阵跨越到另一个面阵，没有出现虚假。

相控阵雷达；数据处理；多面阵；跨面阵；虚假抑制

Abstract: Multiple planar arrays of the passive phased array radar simultaneously receive multi-beam signals with complex and intensive stream of pulses. The target motion between two adjacent planar arrays can easily cause the false problem. Therefore, the data processing is analyzed and simulated. The data receiving, storage and processing are studied in the design. It is verified that the false problem does not occur when the targets cross from one array to another.

Keywords: phased array radar; data processing; multi-array; cross-array; false suppression

0 引 言

各种新型体制雷达辐射源的出现，其波形、空间扫描等参数的快速捷变令被动技侦雷达装备对其进行侦察探测时进行信号分选处理难度越来越大。[1-2]另一方面，基于相控阵的被动雷达，为了实现对辐射源目标的高灵敏度宽角截获和高精度参数测量，常常采用同时多波束以及多个面阵组合工作方式。由于采用全面阵波束合成接收方式，系统灵敏度较高，较强辐射源目标可能会被多个相邻波束截获。在面阵大扫描角时，目标还可能被两个相邻面阵同时接收。[3]

被动雷达装备的主要任务是从空间高密度辐射源脉冲流电磁环境中将各种辐射源目标有效提取和正确分选，并对其进行参数测量。相控阵体制的被动侦测雷达一方面面临日益复杂的各种新型体制雷达辐射源信号环境，另一方面在系统内部还面临同一辐射源被同时多个波束和多个面阵截获处理合并与融合的问题。这两方面问题对雷达内分选处理器的处理有效性与实时性提出了很大的挑战。

本文重点研究了辐射源目标在相控阵体制被动雷达两个面阵间运动时分选处理器虚假抑制技术。

1 原 理

复杂电磁环境下由于脉冲分裂或干扰信号在目标信号中混杂等原因而导致信号分选处理器对同一辐射源目标输出不同的辐射源参数的增批现象。增批的目标与原目标两者有些参数一致，有些参数不同。

产生增批主要由以下几方面原因引起[4]：(1)脉冲分裂，产生小脉宽假目标；(2)由雷达旁瓣接收所形成的虚假目标、分裂目标；(3)其他二次雷达所产生或雷达周围地形地物所造成多路径效应而形成的反射假目标；(4)目标密集、接近和交叉飞行时产生的同步混淆；(5)目标机动较大参数变化较快而不能连续跟踪。

当辐射源辐射功率较大且位于相邻两个面阵波束交叠区时，雷达的两个面阵均能截获到辐射源信息，如图1。如果不加以融合判别处理，在信号分选时可能输出两个或更多的虚假辐射源信息参数。如若目标运动较快或机动较大，方位、幅度的快速变化会导致虚假目标更易出现。

图1 多面阵接收信号示意图

2 仿真分析

2.1 搜索模式仿真

仿真一个目标，方位从85°运行到93°再返回85°，仿真中输出的目标到了90.04°后没有再递增到93°。目标真实方位在90.918°和93.18°时采集PDW信息，分别见表1和表2。

表1 目标真值在90.918°时采集PDW

表2 目标真值在93.18°时采集PDW

从表2可以看出，目标在93°时，面阵2仍然是第1个波束幅度最大，其原因为低频时波宽较宽，仿真时该频率的波宽达到6.4°；第2个波束指向大约在96.4°，故仍然是边界波束输出幅度最大。两个面阵的波束指向如图2所示。

在仿真过程中出现了脉组类型的虚假信号如表3所示。

图2 多面阵波束重叠区各面阵波束指向

批号幅度(dBm)时间信号类型2004-71．0217：11：11常规2199-66．0117：11：18脉组

批号2004和批号2199参数接近，但信号类型不同。该组虚假的出现并不是由面阵交接引起的。查看原始数据发现，在瞬时带宽内真实目标混杂着干扰信号，其PDW的特性正好满足脉组信号类型。目标真实幅度大约为-71 dBm，而干扰的幅度为-66 dBm，真实信号质量较差。

2.2 跟踪模式仿真

在跟踪模式仿真过程中，辐射源目标出现增批现象，目标数据如表4所示。

表4 跟踪模式下面阵交接——目标输出

批号2095和批号2097参数一致，分别为跟踪模式输出和搜索模式输出。

3 抑制方法研究

从仿真分析结果可以看出，引起虚假的主要原因为：当目标在面阵间运动时，两个面阵均接收到目标信号，可能出现一个面阵为主瓣截获，另一个面阵为旁瓣截获；或者两个面阵均为主瓣截获，但因为目标运动较快方位相差较大而输出两个目标。

以下从几方面研究虚假抑制方法。

3.1 测角方法研究

常规测角方法有质心法、比幅法、和差法。[5]对于质心法、比幅法测角至少需要两个以上和波束同时接收到信号方可测角；对于和差法测角只需一对同指向的和差波束。该方法需要较高信噪比[6]，信噪比较小时测角误差比较大。为适应一般情况本文采用比幅法对辐射源目标测角进行研究。

对于比幅法测角，使用波束交叠扫描策略可保证目标信号总能被中间波束接收从而实现角度的精确测量，避免上述2.1节仿真中出现两面阵均未测角情况。这样至少有一个面阵输出的目标方位为精确值，同时需考虑另一个面阵输出的方位可能不准确的情况。对于该种情况需要结合系统本身特性将可能出现的虚假进行剔除，以减少虚假目标的出现。

针对上述原因，当目标在相邻两个面阵间运动，目标位于面阵的大扫描角，波宽变宽，比幅法测角精度下降。此时方位容差与关联信息需要弱化，数据处理需要充分利用两个辐射源的频率、脉宽、到达时间的相关性设置容差值进行融合处理以实现虚假抑制。

到达时间的相关性：

t(n) =t(n-1)+T+n

上述为常规信号类型，其中T为PRI,n为第n个观测值的误差。对于脉间参差信号上述T为骨架PRI；对于重频抖动信号，PRI抖动范围一般是1%～30%，并呈现随机变化特性。此时融合处理需要根据信号类型选择不同的PRI容差值。

频率的相关性：

f=f0+f(N)

上述为常规信号类型，其中，f0为中心频率，f(N)为随机噪声。当信号类型为频率捷变时，其跳变量一般为中心频率的5%～15%，约为200～500 MHz。上述f0也为中心频率。

3.2 系统特征研究

由于相控阵体制雷达波束扫描的灵活性，侦测雷达可能同时工作于搜索模式和跟踪模式。为对不同模式处理结果分别进行考虑虚假抑制技术，数据处理设计中采用不同面阵PDW的存储对应独立软件任务完成、各面阵的信号分选处理也对应不同软件任务完成。设计中不同模式下辐射源信息参数采用不同状态字进行标识，以在融合处理时获知数据来源或任务类型等状态并进行与之相适应的融合处理。

当截获的目标同时来源于搜索和跟踪模式时，基于不同模式下波束的扫描策略异同，故在两种模式同时进行下。考虑到跟踪模式下侦测雷达截获的目标信息更多、计算的辐射源参数精度更准确，此时将搜索截获的目标剔除，以减少虚假目标生成。

当截获的目标同时来源于不同面阵，考虑雷达截获的目标可能来源于主瓣或旁瓣，根据到达时间相关性和系统天线的主副比对旁瓣截获的目标进行剔除。

3.3 其他研究

常见的信号类型有常规脉冲、频率脉间捷变、频率脉组变频、重频参差、重频抖动和重频捷变等。在系统探测时，当脉冲丢失或受干扰影响会将信号类型输出异常，在融合处理时需考虑不同类型信号的虚假抑制。

另外，辐射源的到达方位取决于雷达与侦察机之间的相对角度，一般为方位角。当目标运动时，数据处理需要通过跟踪滤波，对目标的状态进行估计，以利用目标历史数据和航迹生命周期识别虚假目标。考虑到系统为超视距探测系统，采用直线滤波方法可实现目标信息连续跟踪及虚假抑制。

4 实验论证

经过上述分析进行优化设计，分别在搜索和跟踪模式下进行测试，虚假目标抑制改善了60%。

设置频率小于2 GHz、脉冲重复周期 1 ms的辐射源，搜索方位区间为[0° 359°]。目标以0.1°/s转动，模拟目标从80°运行到100°。输出界面显示批号2001的目标从面阵1到面阵2运动过程中稳定，没有增批，截取交接处辐射源参数如表5。

表5 搜索模式下面阵交接——目标输出

设置为跟踪模式。批号2001的目标从面阵1到面阵2运动过程中稳定，输出目标参数如表6。

考虑到频率不同波宽不同，辐射源抑制时的方位容差不同，设置频率大于2 GHz、脉冲重复周期为1 ms的高频辐射源。批号2090的目标从面阵1到面阵2运动过程中稳定，输出目标参数如表7。

表6 跟踪模式下面阵交接——目标输出

表7 搜索模式下面阵交接——目标输出

设置为跟踪模式。批号2191的目标从面阵1到面阵2运动过程中稳定，输出目标参数如表8。

表8 跟踪模式下面阵交接——目标输出

5 结束语

本文主要讨论目标在相邻两个面阵间运动减少虚假的一些举措，主要在以下方面进行了优化：多通道接收、按面阵进行信号分选、测角方法、滤波等方面，根据接收PDW参数的相关性及系统特征进行合并或虚假剔除的数据处理方法。通过多次测试及实验验证能够实现目标从一面阵运行到相邻面阵不增批的技术要求。不同系统会存在其固有特性，本文有些分析为概括性结论，具体措施需根据系统自身特点进行设置。在数据处理时虚假目标长久以来困扰着设计师们。这些方法只能较大优化改善虚假抑制。对于复杂的电磁环境，减少虚假目标的出现仍需长期研究。

[1] 彭建华，李臣明，等．接收与处理分离的实时大数据处理模型[J]. 计算机科学与探索, 2015,9(8).

[2] 杨学永．现代雷达信号分选跟踪的几种方法[J]. 现代雷达，2014,36(3).

[3] 王德纯，丁家会,等．精密跟踪测量雷达技术[M]．北京：电子工业出版社，2006.

[4] 张兴旺，王磊.单脉冲二次雷达的假目标抑制[J]. 现代雷达，2010,32(9) .

[5] 张光义．相控阵雷达原理[M]．北京：国防工业出版社，2009.12.

[6] 张静．阵列天线子阵划分设计和测向技术研究[D]. 西安电子科技大学，2009.

Research on data processing of target motion between planar arrays

HAN Xiang-qing, LIU De-hu, KUANG Hua-xing

(No. 724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

TN958.52

A

1009-0401(2017)03-0031-04

2017-06-07；

2017-08-17

韩向清(1979-)，女，高级工程师，研究方向：数据处理；刘德虎(1988-)，男，工程师，硕士，研究方向：数据处理；匡华星(1978-)，男，高级工程师，硕士，研究方向：雷达总体及数据处理。