數(shù)字陣列雷達(dá)機(jī)動目標(biāo)跟蹤技術(shù)研究.pdf

1、相比于相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)，數(shù)字陣列雷達(dá)作為一種更新體制的雷達(dá)系統(tǒng)，因其全數(shù)字處理所帶來的靈活性，擁有更大的動態(tài)范圍，能夠更好地對強(qiáng)雜波環(huán)境下小目標(biāo)進(jìn)行檢測;利用收發(fā)波束的數(shù)字波束形成（Digital Beamforming，DBF），實(shí)現(xiàn)更低副瓣的天線波束性能，得到更優(yōu)的系統(tǒng)檢測與跟蹤能力。因此，數(shù)字陣列雷達(dá)正受到國內(nèi)外越來越多研究學(xué)者的關(guān)注。
　　本文從數(shù)字陣列雷達(dá)的研究出發(fā)，為提高雷達(dá)系統(tǒng)的作用距離及跟蹤精度，在現(xiàn)有典型的作戰(zhàn)場景

2、中，利用經(jīng)典的雷達(dá)信號處理、跟蹤理論及捷聯(lián)解耦方法，對數(shù)字陣列雷達(dá)中的機(jī)動目標(biāo)跟蹤技術(shù)進(jìn)行了深入地研究。主要的研究工作如下:
　　1.針對數(shù)字陣列雷達(dá)的速度跟蹤環(huán)路，提出了帶有環(huán)路濾波的叉積自動頻率速度跟蹤環(huán)路設(shè)計(jì)方法(Cross Product Automatic Frequency Control with Loop Filter，CPAFCLF)，實(shí)現(xiàn)了對鑒頻誤差的閉環(huán)控制，加快了速度跟蹤誤差的收斂速度。幾種不同信噪比（Si

3、gnal-to-Noise Ratio，SNR）場景下的仿真實(shí)驗(yàn)，說明該方法具有良好的信噪比動態(tài)范圍。
　　2.研究數(shù)字陣列雷達(dá)的距離跟蹤算法時，針對經(jīng)典的“當(dāng)前”統(tǒng)計(jì)模型中目標(biāo)機(jī)動頻率與加速度極限值無法準(zhǔn)確預(yù)設(shè)的問題，聯(lián)合CPAFCLF算法，提出了帶有速度預(yù)測的自適應(yīng)“當(dāng)前”統(tǒng)計(jì)模型距離跟蹤算法(Adaptive“Current”Statistical Model with Velocity Prediction，ACSMVP)

4、，實(shí)現(xiàn)了過程噪聲協(xié)方差矩陣的自適應(yīng)計(jì)算。接著，提出了基于Sage-Husa帶有速度預(yù)測的自適應(yīng)“當(dāng)前”統(tǒng)計(jì)模型距離跟蹤算法(Sage-Husa-based ACSMVP，SH-ACSMVP)，提升了距離跟蹤的性能。典型跟蹤場景的仿真表明，SH-ACSMVP算法的距離跟蹤性能更優(yōu)。
　　3.高脈沖重復(fù)頻率脈沖多普勒體制數(shù)字陣列雷達(dá)中的“距離遮擋”效應(yīng)，降低了雷達(dá)系統(tǒng)對目標(biāo)跟蹤的穩(wěn)定性。為此，設(shè)計(jì)了一種新的波形選擇策略。此策略利用提出

5、的脈沖重復(fù)頻率選擇準(zhǔn)則，離線計(jì)算得到距離對應(yīng)脈沖重復(fù)頻率的波形查找表。再通過距離預(yù)測值，從波形查找表中選擇波形，作為下個相參處理間隔(Coherent Processing Interval，CPI)的發(fā)射波形，實(shí)現(xiàn)后續(xù)跟蹤階段的抗距離遮擋。仿真結(jié)果表明了此波形選擇策略的正確性及有效性。
　　4.角度跟蹤環(huán)路是數(shù)字陣列雷達(dá)中最重要的跟蹤環(huán)路，是決定雷達(dá)系統(tǒng)能否穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)的關(guān)鍵。本文提出了恒定系數(shù)角度跟蹤環(huán)路濾波設(shè)計(jì)方法(Cons

6、tant Coefficient Angle Tracking Loop Filter，CCATLF)，提升了角度跟蹤性能。其次，提出了兩種基于拐點(diǎn)檢測的角度跟蹤環(huán)路設(shè)計(jì)方法。針對數(shù)字陣列雷達(dá)系統(tǒng)中的角度跟蹤環(huán)路在跟蹤初期跟蹤誤差收斂速度慢，跟蹤末期存在跟蹤誤差發(fā)散的兩個問題，提出了自適應(yīng)角度跟蹤環(huán)路濾波設(shè)計(jì)方法(Adaptive Angle Tracking Loop Filter，AATLF)。接著，理論推導(dǎo)了AATLF算法得到的角

7、跟蹤誤差方差與角度跟蹤通道信號SNR之間的關(guān)系公式，并證明了所設(shè)計(jì)角度跟蹤環(huán)路的穩(wěn)定性與等效環(huán)路噪聲帶寬的大小無關(guān)。仿真結(jié)果表明，AATLF方法不僅應(yīng)用場景最廣，也是其中性能最好的角度跟蹤方法。
　　5.對于彈載或機(jī)載應(yīng)用的數(shù)字陣列雷達(dá)，雷達(dá)平臺的姿態(tài)擾動會嚴(yán)重干擾數(shù)字陣列雷達(dá)中天線陣面的波束指向，造成雷達(dá)系統(tǒng)對目標(biāo)角度跟蹤的穩(wěn)定性下降。受本文角度跟蹤環(huán)路設(shè)計(jì)方法的啟發(fā)，聯(lián)合典型的捷聯(lián)解耦算法(Strapdown Decoupli