自适应脉冲多普勒处理的全固态对空监视雷达.pdf

自适应脉冲多普勒处理的全固态对空监视雷达`E1ieihKiuehi等半 来(张越译赵道纯校)提要采用脉冲多普勒处理机的全固态 对空监视雷达(AS)R业已研制成功,该处理机能自适应各神 杂波区并能提供 具有平滑过的尖头脉冲的模拟视频它兼有脉冲多普勒处理杂波下能见度( SC V)离的优点和常规MTI方位精度 高(特别是在模拟视频)的优点杂波下能见度高和方位精度 高以及采用了固态发射 讥而具有的高可靠性和高可维修性,从而能安全有效地实施空中交通管制木文介绍这种信号处理机的设计原理和这种新型ASR雷达的性能一、引言在现代雷达中采用脉冲多普勒处理已有十几年了f`l工“l脉冲多普勒处理给现代 雷达带来了极大的好处,例如在气象杂波 环境中能提供高的杂波下 能见度,但是 由于脉冲多普勒处理较之MTI需要 较长的相关处 理间隔,而且由于 它采用组参差脉冲重复频率而不能进行脉冲间处理,所以脉冲多普勒处理的方位精度不如常规的MTI许多雷达都是把数字处理与脉冲多普勒处理结合起来应用数字变换器能恢复目标点迹处理阶段 的方位精度并能使跟踪性能与常规MTI的 跟踪性能相同然而在这种 雷达中模拟视频不 可能与常规MT I中的 所谓M TI视频相等效。

当无应答机的飞机和使用 仪表飞行的( IFR )飞机混在一起时,必须采用模拟信号和提高在杂波环境中的目标检测能力空中交通管理 人员要依靠模拟视 频才能把这两种飞机区分开来这样的模拟 视频能在数字变换器 和/或数据处理机故障时仍能不 间 断地工作这种新型的AS R雷达能满足 这些要求这部新 型雷达具有脉冲 多普勒处理、尖头脉冲平 滑积累 处理 后经脉冲多普勒处理的模拟视频及 固态发射机,脉 冲多普勒处 理还能根 据杂波环 境 与MT I、多普勒 滤 波器 和LOG/C F八R进行不 同的组合和给出不 同的特性二、新型A S R雷达的梗概新型八S R雷达的方框图和主要参数分别如 图1和表1所示信号处 理机的设计目的是要满 足下列要求:1.信杂比( S/C )改善因子应高于常规脉冲多普勒处理 机2.经脉冲多普勒处理后的模拟视频的方位精度与常规MT I的方位精度相等·“A11 Solid一stateASRw ithA daP tivePulseDoP PlerProees sing”,p p.293~298`’Rad ioAp plie atio nDivision,NECCo rPo r ation(日木)钱钱收机机机多 卜勒勒 趁趁趁趁波舒舒发发射机机机杂波图图图1最新研制成功的ASR雷达系统方框图表1留达参教和性 能S波段1skw80件s(脉压)三 级组参差PRF,其比为2 1 :2 3 :2 6距离O.SNM,方位0.7。

P SR/SSR集总馈电 天线,单 脉 冲固态对空监 视 雷达寸尺元率度单能功宽图.性率位冲差波一它须峰脉参其杂... ... .. ... 甲. 曰. 口润. ..二.,... ... ...,.... `.` 翻 ` 口. ` . . . ..〕 呀`... 刁...... ...目图2( a)全固态发脉机图2(b )晶体管功率模块通过对S/C改善特性、MTI盲速及方位精度这三个品质因数进行折衷选择,决定采用三级 组参差和六脉冲多普勒处理把整个监视领域分成三个区域,即地杂波区、除地杂波区以外的动杂波区及 无杂波区考虑到杂波区应 是S/C最大和无杂波区应是S/N最大,对这三个区域分别各自选定接通还是开断MTI和L OG/C FAR以及设定多普勒滤波响应 组地杂波图是以单元 为基元人工设制的;杂波图则是以自动检测 的并以单元 为基元而形 成的对这两 种杂波图进行组合就可把监视领 域 分 成三个区域固态发射机也已研 制成功全 固态发射机除了具 有高 可靠性 和高 可维 修性外,还能给脉冲多普勒处理 带来好处,其稳定性和动态范围均比电子管发射机好图2示 出了它的发射机和功率模块三、信号处理机的设计原理1.脉冲 重复频率( P R F)参差 的优化击 中目标的有效 次数决定于天线波束宽度、天线的 转 速和脉冲重复周期,它 也是信号处 理机的设计条件。

因此,设计信号处理机时第一步就是根据对S /C改善特性、MT工盲速 引起的目标检测能力的减退以及方位精度三者的折衷考虑确定相干处理周期( C P)I内脉冲数目和组参差PR F的级数采用三级组参差PR F可防止由于MT 工盲速而没有目标尖头 脉冲时引起 的 方位精度下降以及可防_!LS/C改善特性随着目标速度而 下降,这种下降是由于MT工速度响应曲线波动引起的在C PI中脉冲数目取6也是折衷的结果2.脉冲多普勒 处理对杂波的 自适应设计信号处 理机的第二步是要使杂波区的即C改善因子 达到最大、在无杂波区使S/N改善因子达到最大整个监 视空域分为地杂 波区、除 地杂 波以外 的动杂波区和无杂波区对于每个区域,接通 还是开断MT I和LOG/C F AR以及设定多普勒滤波器响应曲线沟情况都规定在表2中这 种杂波抑制处表2脉冲多普勒 处理区域刀界冲 多普勒处理少色杂波3脉冲对消器,其有低舀「}沂响几与5脉冲多普勒滤 浅器 和L O G/C F A R动杂波具百低别瓣子波 纹响应的6脉 冲多 卜勒滤波器和 丁一￡) G/CF 人 R无杂波具有D FT响 应的6脉冲多普勒 滤波器响 应幽1响应i此{儿 七、、比J`厂一丫一,一`一一,,~,一节一’一`,拍.四拍ù ù犷飞、、. e 拍e一件. /. …\ ~` . 一.。

含多卜.翻牢/胜冲宜复门亦多卜勒颇率/肺冲重复纸率多卜幼续串/胜冲里复像亦(a)地杂波区( b)动杂波区图3滤波器响应c ()无杂波区弓飞理的组合是由杂波图实时 控制的MIT和多普勒滤波器所得的组合滤波器 响应如图3所示地杂波区脉冲多普勒处理要求有50d B以上 的大的动态范围才能检测出叠加在强杂波上的目标另外,用L OG/C FAR抑制MT I和多普勒滤波器处理后的地杂波剩余是困难的因为地杂波的幅度特性并不服从瑞利分布汇“l正是因为这个原因才采用三脉冲对消器和一组在零多普勒速度附近 具有低副瓣特性的滤波器组动杂波区动杂波的多普勒频 率可以在和PR F之间,其幅度特性常常服从瑞利分布因而认为LO G/CF AR与一组具有等波纹低副瓣滤波器响应的多普勒滤波器串接是最佳的组合因为动杂波的多普勒频率一般不等于o,所以MT I的处理不总是有效的,关掉MT I是为了防止由于MT I盲速而使检测能力下降无杂波区在无杂波区可以通过使S/N改善因子最大来达到最高的检测概率为了达到这个目的,应该关掉MTI和LOG/CFA R处 理以防止处理损失,并启用一组具有D F T响应的多普勒滤波器脉冲多普勒处 理 后的模拟 视 频 的产生根据距离单元一距离单元间选 择最大 幅度 的原则 这里仍然用多普勒滤波和处理后信号的LO G/CF AR并组合之以产生杂波抑制后 的视频。

在视频选 择之后,在相邻的C P I输出之 间要加入由 于Mrl盲速而失去的尖头脉冲以防止单个目标被分裂尖头脉冲加入后 再接一个与高斯天线方向图匹配的积累器就能产生与普通MT I中的MT I视频相同的脉冲间模拟视频四、性能评价S/C和S/N改普因子在脉冲多普勒雷达 中S/C改善因子是目标信号和杂波信号的多普勒频率差的函数在三种信号处理机上做了仿真试验,试验时考虑了天线运动和杂波速度分布三种信号处理机分别是:具有杂波自适应设计的六脉 冲多普勒处理机(这里所介绍的A S R雷达)、八脉冲多普勒处理机(常规的川)和三脉 冲对消器所应 用的杂波速 度分布对杂波而言为ao.3m/s,对动杂波而言为al.4m/s模拟结果 示于 图4图J清楚地表明:这部新型的A SR雷达较之常规雷达具有较好的改. 因子飞曲J改伯圈子【调改普因子哪! 口, e阳朋明一一一」」 c c c,50.,以, , 月月- - -翻翻波0.:l·弓.,, , 三三飞分井井多卜.翻率/胜冲孟林率(a)地 杂波区多卜勒翻串/脉冲龙复卿甲(b )地杂波区图45/C和S/N改善特性.51 多卜勒戴*/胜冲里盆颇毕c ()无杂波区一一六脉冲多普勒处理器(木文所介绍 的系统)一·一一八脉冲多普勒处理器(常规系统)……三脉 冲对消 器(杂波锁定MTD尽2/SC和S/N改善因子。

未经处理 的s(TC接通)和经过处理的模拟视频如图5所示2.方位精度通过对上述三种信号处理机杂波和抑制后的视频上 目标实际尖头脉冲的分析估计出了方位精度典型的分析结果如下:0 .14度(本文所介绍的A SR雷达)、0.2度(普通的八脉冲多普勒处理机)和0.14度(普通的三脉神对消器)三级组参差、尖头脉冲加入和平滑积累的效果都是明显的积累器做了接入和一断开的比较试验,其测试示例如图6图6t 示出了2次连续扫描期间目标的尖头脉冲,平清积累器 的效果是明显的五、结. 论 金固态A s R雷达业 已研制成功它比常规的脉冲多普勒处理机具有更好盼S/C和S /N改善特性,脉冲多普勒处理后的模拟视频具有与普通MT I相同的方位 精度这部新型的AS R雷达由于能提供杂波抑制后的模拟视频和足够的方位精度,所以较之常规雷达对杂波环境中的小飞机具有吏好的检测能力和地进行空中交通管制(ATC )工作(自动的 和程序的)及具有更高的可靠性城更好的维修性亡=1.12mm,Za二2 9.20m m,D二D一+DZ=4.80mmDz=3.0 0 mmZb=1 5.24n lm四、结论我们将上面计算出的矩形波导、方形波导、圆形波导和椭圆波导(光壁、皱纹)的损耗曲线表示在一幅图上,见图4。

其中,取矩形波导与椭圆波导的尺寸比b/a近似相同,方形与圆 形波导的边长及直径均等于矩形波导的宽边因而它们的基模具有近似相同的截止频率通过数值分析及曲线比较可知,` 椭圆波导中TE波的衰减比矩形波导中TE,放的衰减小1 5%左右,圆波导中T E::波的衰减比矩形波导中T E:波的衰减小 3 0~肠%,另外,由于皱纹影响,皱纹椭圆软波导中T E::波的衰减比光壁椭圆波导中TE波的衰减大n~13%理论分析和实际应用都已表明,椭圆软波导用作微波馈线系统中的长主馈线时,具有下列特点:电性能良好,可以柔软弯曲、大长度敷设,. 从而使得法兰连接及弯头变换少,使密封性好和损釉小等’ 在机载雷达馈线系统中用长椭圆软波导代替矩形硬波导后,. 能减小传输 损耗,增强机动性,实际测量损耗与理论计算的差值小于2.5%,基本满足工程要求一、.今考文献〔1〕王典成,《电磁 场理论与微 波技术》,科学出版 社,198 6〔2〕W.Kr宜nk,`T heCale uxationofthePropagationCha r a ete ris tie,ofr ugatedElliptie alWaveguide”,page rprese ntedattheo ry( Partl)pP.2, 3一29 5,PergamanPr e s s,1067.r8 C te rlstlCSOlaele etromagn etieCOr-WaVe〔8〕J.G.Kr etzs ehmar,“Wav ePr opagationinHollowConduetingE llip tiealMa veguide”,Tr a ns.I EE EMT T一18,PP.547一55刁,SeP t.z9 7o.《上接第8 3页)〔2〕Jh OnW.Taylor,Jr.andGu ntisBr unis,“De signofaNewAirP-ortSurv eillan eeRadar(AS R一,)”,Proe eedingsoftheI E E E,vol.73,No.2,Feb.1,55.〔a〕M。

Wa rden,“AnexPe rime ntalstudyofsomeclut tercha r acter-istie s一,。