火控雷达系统的性能直接影响到现代军事的作战能力,其中远程监视雷达在其中体现的尤为重要。它主动式地搜索目标的信息,并根据目标信息做出相应的火力控制。其基本功能有目标的搜索、跟踪以及目标识别,最终通过数据处理对其做出相应的火力控制。本章主要讨论某型火控雷达参数的选取以及简单回波信号构建和信号处理算法的MATLAB仿真验证。
火控雷达系统性能参数
目前现代火控雷达多采用脉冲多普勒体制[32],这是因为多普勒频移可以区分不同速度的目标,从而可以在较强的杂波环境中检测出动目标。脉冲多普勒体制的设计包括雷达参数设计、线性调频脉冲串设计、杂波、噪声的设计以及回波信号处理算法的设计。不同的雷达参数设计,将影响火控雷达的工作性能。下面将讲述各个参数对火控雷达性能的影响。
1.雷达发射频率对火控雷达性能的影响
远程监视雷达工作在低频上性能较好,精确测量雷达在高频上的工作性能更好,如果想用一台雷达工作在一个频段同时获得远程探测和较高的测量能力,S波段则是一个较好的折中选择。
2.脉冲重复频率对火控雷达性能的影响
在停跳模型假设中,当一个目标的回波信号还没有反射回来,而又开始发射下一个脉冲时,这样接收到的回波信号就很难分清是哪个发射脉冲的回波,从而造成距离模糊。对距离模糊影响最大的因素就是脉冲重复频率PRF,对应的无模糊距离范围为0~C/(2*PRF)。由第二章(2-17)式可知,雷达的第一盲速为(λ?PRF)/2。增大PRF可以增大无盲速的范围,但是同时又减小了无模糊距离的范围。因此需要根据要求在最大探测距离和无盲速之间进行折中,也可以采用解模糊算法对距离或者速度进行解模糊。
3.线性调频信号对火控雷达性能的影响
本文中所采用的发射信号为线性调频脉冲串,主要的目的就是利用线性调频信号来实现脉冲压缩。第二章给出了线性调频信号的脉冲压缩系数为时宽带宽积Bτ,距离分辨率ΔR =C /(2B)。要提高距离分辨率,需要提高脉冲信号的带宽。在带宽不变的情况下,增大信号的时宽可以在保证距离分辨率不变,同时又提高了信号的发射功率,增大了雷达的探测距离。
4.多普滤波器组数(FFT的点数)对火控雷达性能的影响
本文中多普勒滤波器是对同一距离门上的数据进行FFT实现的,多普勒滤波器的组数为FFT的点数。随着FFT点数的增多,多普勒滤波器组可以更细致地匹配动目标的多普勒频移处,以提高对目标速度的分辨率。
回波信号中的目标信息不可避免要与杂波和噪声相叠加,所以在回波信号仿真中,有必要对噪声和杂波信号进行仿真。杂波是不同物体的散射分量,所以属于回波的范畴。杂波与噪声的区别在于它有时是信号有时是干扰,例如,在气象雷达中,杂波属于有用信息,而在动目标检测中杂波是干扰,需要抑制。杂波的频谱主要集中在零频附近,而高斯白噪声,其频谱均匀分布在整个频带范围内。MATLAB对信号处理算法的仿真过程中未考虑目标的衰减,雷达方位角为15°,俯仰角为15°,并且雷达静止。
下面是火控雷达MATLAB仿真验证参数设置
由表3-1可以计算出模糊距离为83333m,无模糊速度范围为(-43.5484,43.5484)m/s,盲速为87.0968m/s。
在表3-2中,目标一距离雷达较远存在距离模糊问题,以此目标来仿真对存在距离模糊问题目标的检测效果。目标二速度大于雷达无模糊速度范围,因而存在速度模糊问题,以此目标来仿真雷达对存在速度模糊问题目标的检测效果。同时
目标二与目标三在不经过脉压处理时,回波信号是重叠的,对这两个目标的仿真可以体现脉压在时域压缩中的效果。目标四为正常检测范围内的目标,可以检测到目标的距离、角度和速度等信息。