【摘　要】　從雷達(dá)對運動目標(biāo)的檢測和顯示能力出發(fā)，探討了影響雷達(dá)動目標(biāo)改善因子提高的約束條件，分析了動目標(biāo)處理系統(tǒng)實現(xiàn)的可能性。通過計算機(jī)仿真計算驗證，為系統(tǒng)設(shè)計提供了依據(jù)。
???? 關(guān)鍵詞：動目標(biāo)顯示，改善因子，自適應(yīng)對消

1　引　言
　　近年來，增強(qiáng)對動目標(biāo)的捕獲、跟蹤、顯示和檢測已成為發(fā)展新的光電綜合測量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著電子器件性能的提高和數(shù)字信號處理技術(shù)的進(jìn)步，動目標(biāo)處理技術(shù)獲得了長足的發(fā)展。動目標(biāo)顯示技術(shù)發(fā)展的主要目的是為了增強(qiáng)雷達(dá)的目標(biāo)檢測能力并顯示出運動目標(biāo)。它能夠檢測到那些存在于各種雜波中具有不同徑向運動速度的目標(biāo)反射信號。其中雷達(dá)的雜波是指從地面、海面、空中云雨、箔條、鳥類、昆蟲及極光等物體反射得到的回波，表述為地雜波、海雜波、氣象雜波、“仙波”等等。上述列舉出的雷達(dá)雜波信號與雷達(dá)接收機(jī)的噪聲信號有本質(zhì)上的區(qū)別，在連續(xù)的兩個發(fā)射脈沖之間雜波信號是相關(guān)的，而噪聲是不相關(guān)的。動目標(biāo)顯示技術(shù)就是利用了雜波的特性濾除雷達(dá)回波中的雜波信號，從而顯示出雷達(dá)作用范圍內(nèi)的運動目標(biāo)，使光電綜合測量技術(shù)向自動化、智能化、高精度、全天候、實時處理的方向發(fā)展。
2　動目標(biāo)處理系統(tǒng)的改善因子I與整機(jī)相關(guān)系統(tǒng)的關(guān)系
　　動目標(biāo)處理系統(tǒng)的工作質(zhì)量可以用改善因子I來衡量。改善因子的提高受限于雷達(dá)相關(guān)部分的性能。如雜波內(nèi)部的起伏運動，雷達(dá)各系統(tǒng)部件的不穩(wěn)定性，A／D變換器的量化噪聲，正交雙通道幅相不一致等。改善因子I總可用下式表示：

　　從（1）式可以看出I總的值決定于各種改善因子中最小的那一個。
2．1　量化噪聲對改善因子的約束
　　若A／D變換器位數(shù)為b，最高位為符號位，則A／D量化噪聲對改善因子的限制為：

2．2　正交雙通道幅相不一致性對改善因子的約束
　　采用正交雙通道處理技術(shù)，必須考慮I、Q通道的幅相不一致性對系統(tǒng)性能的影響。正交信號UI（t）、UQ（t）的幅度不一致性Δ和相位正交差Q引起的鏡象頻譜分量與理想頻譜分量的功率比為：
　　
　　從表2中可以看出，若希望動目標(biāo)處理系統(tǒng)的改善因子大于40dB，I、Q通道的幅度不一致性必須小于1％，相位正交差必須小于1度。 2．3　不穩(wěn)定性對改善因子的約束
　　雷達(dá)不穩(wěn)定性對改善因子的限制，主要表現(xiàn)在相位、振幅及脈沖延時不穩(wěn)定上。在采用磁控管發(fā)射機(jī)雷達(dá)中，動目標(biāo)處理系統(tǒng)的改善因子I不穩(wěn)在23dB左右，在某型雷達(dá)中采用固態(tài)微波源，它比磁控管發(fā)射機(jī)的頻率、相位穩(wěn)定性高2個數(shù)量級以上，1kHz頻偏處相噪低于－100～110dBC／Hz，底部相噪在－120 dBC／Hz以下，I不穩(wěn)定在50～60dB之間。
2．4　雜波內(nèi)部運動對系統(tǒng)改善因子的約束
2．4．1　雜波的頻譜特性
　　眾所周知，由于雜波內(nèi)部的無規(guī)則運動，各反射單元所反射的回波具有不同的多譜勒頻率，這導(dǎo)致了雜波頻譜的展寬。雜波譜通常具有高斯特性，其功率譜通常近似為：

式中，W（f）：雜波的功率譜，W0＝W（f）｜f＝0；
????? f：工作頻率；λ：雷達(dá)工作波長；
　　 δc：雜波功率譜標(biāo)準(zhǔn)差，反映了不同工作波長下雜波譜展寬的程度；
　　 δv：雜波運動的標(biāo)準(zhǔn)差，與雜波內(nèi)部起伏運動的程度有關(guān)，與工作波長無關(guān)；有δc＝2δv／λ。
2．4．2　雜波抑制濾波器分析
??? （1）固定對消器
　　為實現(xiàn)對地物雜波的良好抑制，可以采用凹口固定在零頻的對消器。
??? 一次對消器的傳遞函數(shù)為：
　　H1（Z）＝（1－Z－1）（5）
??? 二次對消器的傳遞函數(shù)為：
??? H2（Z）＝（1－Z－1）2（6）

　　對零均值的離散型雜波，其δC對固定一次對消器和固定二次對消器改善因子的限制：當(dāng)系統(tǒng)的Fr為1000Hz，δC＝13Hz，則有

　　當(dāng)工作的Fr較高時，改善因子還會有所提高。上述的一次固定對消器和二次固定對消器，對海浪和氣象雜波有很大限制。

　　動目標(biāo)系統(tǒng)改善因子與雷達(dá)重復(fù)頻率有關(guān)，雷達(dá)重復(fù)頻率越高，改善因子越好，對消效果越好；對地物雜波來說，風(fēng)速越低，改善因子越好。對海浪回波來說，風(fēng)速越低，改善因子越好。但是當(dāng)風(fēng)速特別大時（狂風(fēng)），改善因子反倒會比風(fēng)速小的時候好。理論分析已被工程實驗結(jié)果所證實。
　　可以看出利用固定對消器不能對海雜波及云雨雜波進(jìn)行很好的抑制。因此我們采用自適應(yīng)對消器對海雜波及云雨雜波進(jìn)行抑制。
??? （2）自適應(yīng)對消器
　　為了抑制云、雨、雪等具有可變運動速度的雜波，雜波對消器的凹口必須實時鎖定在雜波平均多譜勒的中心。設(shè)雜波平均多譜勒頻率為fdc，雜波運動的徑向速度為VC，雷達(dá)工作波長λ（5cm），則它們?nèi)叩年P(guān)系為：fdc＝2VC／λ，如果雜波運動的徑向速度變化范圍為：VC＝0～60km／h＝0～16．67m／s，雜波平均多譜勒頻率fdc＝0～±666．67Hz。由于雷達(dá)的重復(fù)頻率：fr＝1000Hz，則自適應(yīng)對消器凹口可變范圍為0～1000Hz。
??? 自適應(yīng)一次對消器的傳遞函數(shù)為：

若輸入信號為：

W1＝cos（θ1）＋jsin（θ1）稱為濾波器的權(quán)值。自適應(yīng)一次對消濾波器通過調(diào)整它的權(quán)值實現(xiàn)最佳濾波。
??? 自適應(yīng)二次對消器的傳遞函數(shù)為：

??? 若對消器的輸入信號為：
稱為濾波器的權(quán)值。通過改變權(quán)值W1和W2，我們可以控制濾波器凹口的位置。二次自適應(yīng)對消器比一次自適應(yīng)對消器凹口寬，因此對頻譜較寬的雜波的對消性能要好一些。
　　自適應(yīng)對消器的關(guān)鍵問題是如何實時獲得與雜波平均多譜勒頻率中心fdc相對應(yīng)的濾波器的權(quán)值，以便將濾波器的凹口鎖定到平均多譜勒頻率中心fdc，并且隨著雜波平均多譜勒頻率中心fdc的變化，實時獲取新的相對應(yīng)的濾波器的權(quán)值WI和WQ，使濾波器的凹口始終跟隨fdc的變化而鎖定到它的中心，以達(dá)到最佳的雜波抑制效果，與此相應(yīng)的使雜波剩余最小的權(quán)值即為最佳權(quán)值。
　　在自適應(yīng)一次、二次對消中，我們假設(shè)雜波以10m／s的速度徑向運動，fdc＝2Vrc／λ，所以運動雜波的多譜勒頻率fdc＝400Hz，仿真結(jié)果如下表4所示。 　　以上分析了影響系統(tǒng)改善因子提高的主要因素，可以看出動目標(biāo)雷達(dá)改善因子受制于許多因素，但對于特定雷達(dá)僅有一兩個因素是問題的主要矛盾，其他因素均為次要矛盾。
　　表5示出了在三級海情，四種組合方式下的對消改善效果比較。
3　動目標(biāo)處理系統(tǒng)實施方案
　　（1）采用正交雙通道復(fù)信號處理模式，數(shù)字正交復(fù)信號在進(jìn)入動目標(biāo)處理系統(tǒng)前，已經(jīng)過自適應(yīng)旁瓣相消與數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)，形成脈沖寬度恒定的數(shù)字正交復(fù)信號。為保證動目標(biāo)處理系統(tǒng)的性能，輸入的I、Q支路信號的幅度一致性和相位的正交性必須滿足一定的要求。
　　（2）采用以現(xiàn)代數(shù)字信號處理器ADSP21062為核心，實現(xiàn)對地雜波、海雜波、氣象雜波的自適應(yīng)濾波。完成多方式的動目標(biāo)處理，具有設(shè)備量小、成本低、可靠性高、運算密集度高、實時性強(qiáng)等特點。
　　（3）CFAR處理技術(shù)，系成熟技術(shù)，在此不再贅述。
4　結(jié)束語
　　綜上所述，可以得出如下結(jié)論：
　　（1）A／D變換器位數(shù)應(yīng)大于10位。
　?。?）正交雙通道幅相不一致性和相位不一致性應(yīng)分別限制在1％、1度以內(nèi)。
　　（3）雷達(dá)應(yīng)選擇高穩(wěn)定性的微波頻率源。
　?。?）在不同的情況下選擇不同的對消方式，在觀測地雜波很強(qiáng)的回波時可采用二次固定對消器；在海雜波和氣象雜波較強(qiáng)時，可采用一次固定對消器加二次自適應(yīng)對消方式，在對消效果不理想時還可以通過自動調(diào)整自適應(yīng)對消器的權(quán)系數(shù)以獲得最佳的效果。
　　此方案可以滿足地雜波的改善因子大于40dB，海雜波的改善因子大于35dB，氣象雜波的改善因子大于20dB的要求。提高雷達(dá)對運動目標(biāo)測量和顯示的精確性。
1　M．I斯科爾尼克主編，謝卓譯．雷達(dá)手冊．北京：國防工業(yè)出版社，1978
2　陳建春，耿富錄．自適應(yīng)運動雜波抑制技術(shù)．西安：西安電子科技大學(xué)學(xué)報，1999，26（2）：174～177