一种改进的非相参积累方法在雷达跟踪中的应用

王晓燕

（中国电子科技集团公司第20研究所 陕西 西安 710068）

0 引言

线性调频(LFM)信号是应用极为广泛的一种信号体制，这种信号最大的特点就是可以使雷达同时获得远的作用距离和高的距离分辨率[1]。该体制雷达的工作原理是首先发射一串线性调频信号，而接收机对来自目标后向散射的回波信号进行匹配压缩处理，得到具有sinc包络的简单脉冲串，由于压缩脉冲的等效时宽取决于信号的调频带宽，从而可以获得比发射脉冲高得多的距离分辨能力；同时，发射宽脉冲信号提供了雷达探测远距离目标所需的能量。因此，线性调频信号是现代雷达中经常采用的一种发射信号形式。实际上为了对微弱雷达目标进行可靠检测，还需要对压缩输出后的Sinc脉冲进行积累，以进一步提高信号检测所需的信噪比[2]。对于大多数运动目标而言，其回波的起伏将明显破坏相邻回波信号的相位相参性，因此就是在雷达收发系统相参性很好的条件下，起伏回波也难以获得理想的相参积累[3]。从而导致积累周期内回波信号能量难以有效进行相参积累，造成目标回波幅度时高时低的现象，在跟踪处理中，就可能出现对跟踪目标的跟丢现象，严重影响雷达目标跟踪，检测性能。采用非相参积累可基本解决该问题，但信噪比会降低。但是，在很短的时间内，目标的回拨信号在相同的距离单元上是相参的，可以有效地进行相参积累，通过以上分析，结合工程实际应用，本文对非相参积累进行了改进，采用相邻周回波相参积累，然后再进行非相参积累的方法，这样，既解决了目标运动造成的不能有效相参积累，又使积累后信噪比比传统非相参积累高，有效提高了雷达目标跟踪，检测性能。原理框图如图1。

图1 改进相参积累方法原理图

1 波形分析

线性调频信号为

其中，φ 为随即初始相位，f0为信号载频，ui（t）为发射信号的复包络

其中，T为脉冲宽度，Tp为脉冲重复周期，K为调频斜率。对接收到的目标的后向散射回波信号进行匹配压缩处理,得到一个具有Sinc包络的简单脉冲，然后对压缩输出后的Sinc脉冲进行积累，以进一步提高信号检测所需的信噪比，即提高了雷达的探测，跟踪等性能。

脉间相参积累处理是在不同脉冲的同一采样位置处进行的，由于脉冲包络走动的影响，假设第一个脉冲采样位于包络最大峰值处,那么随着目标的运动，,以后每个脉冲的采样逐渐偏离最大峰值,从而导致相参积累的效果大大下降[4]，在积累周期内，就可能出现回波能量不能有效进行相参积累，造成相参积累后目标回波能量不稳，对于跟踪雷达，可能因此而引起跟踪处理时跟踪不稳定，从而严重影响系统检测和跟踪性能；对于非相参积累，是能量上的积累，只要在积累周期内，目标没有移出一个距离单元，目标能量就会得到有效积累，但在目标能量积累的同时，噪声能量也提高了，因此信噪比降低了；应用本文提出的积累算法，将有效的对目标能量进行了积累，且信噪比不会受到大的影响。

2 仿真实验

下面对本文提出的算法进行仿真，并与相参积累和非相参积累的性能进行比较。仿真参数为：以点目标为例，发射线性调频信号的时宽τ=50us，信号带宽为5mHz，信号重复周期为Tr=500us，噪声为正态分布的随机噪声。

图2 线性调频信号

对于固定目标，相参积累和非相参积累的性能比较如图3、图4所示。

图3 目标主瓣比较

图4 噪声比较

从图3、图4可看出，对于固定目标，相参积累对信噪比的改善效果很好，非相参积累在目标能量积累的同时，噪声能量也有一定的积累，因此信噪比降低。但是，当出现由于目标运动、系统或其他不稳定因素引起回波相位相参性不好而造成相邻回拨相参性能较差，不能有效进行相参积累时，即在跟踪波门内采到的和路和差路信号初相不稳，本文提出的改进非相参算法会明显优于传统的相参算法和非相参算法。下面图5、图6给出了这种情况下三种算法的仿真结果。

图5 目标主瓣比较

图6 噪声比较

从图5、图6比较可以看出，虽然相参积累后的噪声比非相参积累后的噪声低很多，但是，在信噪比满足系统检测性能要求的情况下，如果由于目标、系统或其他不稳定因素引起信号初相不稳，相参积累时，信号主瓣积累后也会不稳定，即表现为信号时强时弱，甚至出现目标分裂的现象，这种情况下可能会出现信号强度低于系统跟踪门限，严重影响系统的稳定跟踪性能；此时，非相参积累就显示出其的优越性，因为非相参积累对主瓣的影响不大，因此对系统跟踪性能影响很小，从仿真结果可以看出，改进的非相参算法虽然有一定的能量损失，但信噪比仍然比传统非相参算法的大。

在工程应用方面，利用FPGA+DSP方式，其中FPGA进行逻辑控制，DSP进行算法实现，该处理方法已经得到了工程应用和验证，其计算量基本与相参算法和非相参算法相当，因此实现也很简单。

3 结束语

通过以上仿真结果的比较可以看出，当由于目标运动、系统或其他不稳定因素引起回波初相不稳而造成能量不能有效进行相参积累时，会严重影响雷达跟踪和检测性能，而非相参积累会降低信噪比，在这种情况下改进的非相参积累算法体现出其优越性，并通过仿真证明其可以满足系统跟踪检测性能。

［1］林茂庸,柯有安.雷达信号理论[M].北京:国防工业出版社,1984.

［2］［4］朱永锋,李为民,等.Chirp雷达对高速运动目标有效相参积累的算法研究[J].系统工程与电子技术,2004,26(10):1396-1399.

［3］丁鹭飞,耿富录,陈建春.雷达原理[M].4版.北京:电子工业出版社,2009.