自适应变波形切换跟踪目标的方法技术

本发明专利技术公开的一种自适应变波形切换跟踪目标的方法，旨在提供一种回波接收期短、扫描时间资源利用率高、能够增大雷达探测距离的跟踪目标方法。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：按雷达所需的距离探测范围R和允许的发射机占空比D，先将雷达所需探测范围R划分为N段，相邻距离段交叠覆盖；然后根据每距离段最大距离、波束宽度、波长、目标速度和目标加速度，计算出每段允许的最大扫描时间；再计算出每段对应的脉冲宽度和雷达脉冲重复频率；然后计算出每段允许的最大扫描时间；最后根据最大扫描时间确定出各距离段对应的相参积累脉冲数和目标由远及近或由近及远飞行时，所需距离覆盖随目标变化，相应脉冲宽度和脉冲重复频率作相应变化的雷达波形参数。

Adaptive variable waveform switching method for tracking target

The invention discloses an adaptive variable waveform switching tracking target, which aims to provide a tracking target method with short echo receiving period, high scanning time, high resource utilization rate, and increased radar detection distance. The invention is realized by the following technical scheme: according to the required distance transmitter radar detection range R and allows the duty ratio D, the radar detection range for R is divided into N segments, adjacent distance overlapping coverage; then according to the maximum distance per distance, beam width, wave length, and speed of the target the target acceleration, calculate each maximum allowable scanning times; then calculate the pulse width and pulse repetition frequency radar each section; then calculate each maximum allowable scanning time; according to the maximum scan time is determined corresponding to the distance of the accumulation of the coherent pulse number and target from far and near or from the near to the distant flight when the required distance covered with target changes, the corresponding pulse radar waveform width and pulse repetition frequency corresponding changes.

【技术实现步骤摘要】
自适应变波形切换跟踪目标的方法
本专利技术涉及一种目标跟踪系统自适应变波形目标的跟踪方法，该方法可广泛应用于气象雷达、测量雷达、军用雷达等单目标跟踪体制雷达的新研或改造。
技术介绍
近年来，针对目标跟踪的发射波形优化受到了广泛的关注,其中,如何自适应地选择发射波形是其研究难点之一。现有技术在传统的雷达目标跟踪系统中增加了波形自适应选择模块，基于卡尔曼滤波并面向单目标背景，利用参数估计理论中Fisher信息矩阵的逆作为观测噪声协方差，建立了发射波形与跟踪滤波之间的联系，通过波形选择及参数寻优使得跟踪误差数据，分别研究了基于粒子滤波和容积卡尔曼滤波Cubature非线性跟踪算法的波形自适应问题，但是二者在波形选择和参数寻优时，距离误差和速度误差在量纲上不一致，需要对二者的权重进行调节，寻优时的复杂度较高，计算量较大。为了提高雷达系统的跟踪性能，需要将发射波形选择与自适应的跟踪算法相结合，传统的针对目标跟踪的波形选择方法都是在非自适应跟踪算法的基础上进行的。传统雷达对目标跟踪时采用固定的发射波形，为了获得更远的目标跟踪距离，采用真空管发射机的传统跟踪雷达通常采用增大功率孔径积方式实现，即加大天线尺寸和增大发射机功率。天线尺寸的增加使雷达成本大幅上升，这是因为天线的重量、尺寸误差以及对底座的要求都随着天线尺寸的增加而迅速增加。为了便于机动运输，天线还不得不采取分块拆卸设计，或增加相应的机电折叠机构，这导致雷达复杂度上升、可靠性降低、快速机动能力下降。为了获得高的发射功率，传统跟踪雷达常常采用真空管发射机，如速调管、行波管、磁控管发射机，这些发射机峰值功率小则几十千瓦，大则上兆瓦。真空管发射机高达几十千伏的工作电压让人望而却步，工作时发出的“嗡嗡”声也让人不胜其扰，同时真空管发射机还有体积大、重量重、成本高、消耗功率大、占空比低、相参性差、工作前需预热、寿命有限等弊病。更为致命的是，高峰值功率使得雷达低截获性能下降。采用真空管发射机的常规跟踪雷达天线孔径大、发射功率高、低截获性能差，固态功率器件的出现使得雷达工程师眼前为之一亮。固态器件与真空管相比，固态器件有不需预热、低电压、大带宽、高占空比、相参性好、高可靠等诸多优点。虽然固态器件单管峰值功率较低，多在百瓦量级下，但通过多只固态管功率合成仍然可以获得高功率，这使得雷达固态化得以快速发展，有源相控阵雷达便是这一思想的典型应用。但是跟踪雷达面临的天线孔径大、发射功率高、低截获性能差等问题却未因固态发射机的应用而得到妥善解决。能否采用相对较小的天线尺寸和较低的发射功率达到传统雷达的探测性能呢？由雷达方程可知，雷达最大作用距离4次方与发射功率P、天线增益(与天线尺寸相关)、扫描时间T成正比。因为扫描时间由特定的条件限制，常常不可变，例如要求搜索雷达4秒完成一次空域搜索，所以雷达工程师们常常只能通过增大“功率孔径积”来提高雷达探测距离。对跟踪雷达而言，情况稍好，因为雷达跟踪时波束始终对准目标，在确保一定跟踪实时性和精度前提下，可以适当加长扫描时间T，利用固态发射机良好的波形相参性，通过多脉冲相参积累来提高信噪比，增大雷达探测距离。另外，固态发射机采用高占空比工作(增大平均功率)，也可一定程度弱化固态发射机峰值功率较低影响。本专利技术提出的“一种基于雷达自适应波形切换的目标跟踪方法”是基于以上理论的一次创新和工程应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对常规真空管跟踪雷达天线孔径大、发射功率高、低截获性能差存在的不足之处，提供一种回波接收期短、扫描时间资源利用率高、能够增大雷达探测距离、跟踪目标连续稳定，且天线孔径小、发射功率低、低截获性能好的自适应变波形切换跟踪目标的方法。本专利技术的上述目的可以通过以下措施来达到：本专利技术的上述目的可以通过以下措施来达到：按雷达所需的距离探测范围R和允许的发射机占空比D，先将雷达所需探测范围R划分为N段，相邻距离段交叠覆盖；再计算出每段对应的脉冲宽度τN和雷达脉冲重复频率FN；然后根据每距离段最大距离RN、波束宽度θ、工作波长λ、雷达重频FN、距离分辨率单元△R、目标速度V和目标加速度a，计算出每段允许的最大扫描时间TN；最后根据最大扫描时间TN确定出各距离段对应的相参积累脉冲数n。按计算出的τN，编程合成N种脉冲波形，并存储于安装在雷达天线上与发射机相连的频率源中；按计算出的FN，编程合成N种重频时序，并存储于安装在雷达舱内与信号处理机和频率源相连的定时器中；按计算出的n，编程实现N种相参积累模式，并存储于安装在雷达舱内与接收机相连的信号处理机中。雷达跟踪目标时，舱内的终端计算机按目标距离值对应的距离段号N分别控制频率源调取波形τN、定时器调取重频时序FN、信号处理调取相应积累模式n工作；跟踪过程中，若目标距离发生变化，则通过改变脉冲宽度τN、脉冲重复频率FN、相参积累模式n可实现连续稳定跟踪。当目标运动至相邻距离段交叠区时，终端计算机进行目标运动方向预判决，采用目标当前距离值减去目标前次距离值判断目标运动方向，根据运动方向提前改变波形，以确保波形变换及时准确、目标跟踪连续稳定。使用上述跟踪目标方法的一种自适应变波形切换跟踪目标的方法，具有如下技术特征：在单目标跟踪雷达中，用GaN功率管等固态器件构建40瓦固态发射机。雷达搜索截获目标时，先调转跟踪天线对准目标，雷达定时器、频率源和信号处理器协同配合逐次变化，实时改变雷达脉冲波形，由远及近全距离量程搜索目标；定时器先以417μs脉冲周期、2.4kHz低重频工作，然后通过信号处理器对22km～40km距离段对应回波进行32脉冲积累检测处理，若发现目标则转入跟踪状态，若未发现目标则继续转入14km～26km距离段搜索，以此类推直至捕获目标，并转入跟踪状态。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果。扫描时间资源利用高，能够增大雷达探测距离的。本专利技术按雷达所需的距离探测范围R和允许的发射机占空比D，先将雷达所需探测范围R划分为N段，每段距离覆盖范围为RN_min～RN_max，且相邻距离段交叠覆盖；再计算出每段对应的脉冲宽度τN和雷达脉冲重复频率FN；然后根据雷达探测距离划段RN、波束宽度θ、工作波长λ、雷达重频FN、距离分辨率单元△R、目标速度V和目标加速度a，计算出每段允许的最大扫描时间TN；最后根据最大扫描时间TN确定出相参积累脉冲数n。雷达跟踪目标时，目标由远及近或由近及远飞行，雷达调取对应脉冲宽度τN、脉冲重复频率FN，以及相参积累模式工作。采用上述分段波形设计带来的有益效果在于：一是保持发射机高平均功率工作，有利于充分利用固态发射机高占空比特点，增大雷达探测距离；二是回波接收期时间最短，有利于多脉冲相参积累，最大程度利用扫描时间资源，增大雷达探测距离。天线孔径小、发射功率低、低截获性能好。本专利技术在常规跟踪雷达升级改造中，或全新的跟踪雷达设计时，用几十瓦量级功率的固态发射机取代几十千瓦量级的真空管发射机，当用峰值功率仅几十瓦量级的固态发射机取代几十千瓦量级真空管发射机时，采用自适应变波形跟踪方法，可以弥补发射机功率降低对跟踪距离的影响，同时还可适当缩小天线尺寸。该方法既利用了固态发射机的优点，又保证了雷达探测距离，同时使雷达具备了低截获性能。能够增大雷达探测距离，跟踪目标连续稳定。本专利技术根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应变波形切换跟踪目标的方法，其特征在于包括如下步骤：按雷达所需的距离探测范围R和允许的发射机占空比D，先将雷达所需探测范围R划分为N段，相邻距离段交叠覆盖；再计算出每段对应的脉冲宽度τN和雷达脉冲重复频率FN；然后根据每距离段最大距离RN、波束宽度θ、工作波长λ、雷达重频FN、距离分辨率单元△R、目标速度V和目标加速度a，计算出每段允许的最大扫描时间TN；最后根据最大扫描时间TN确定出各距离段对应的相参积累脉冲数n，计算出τN，编程合成N种脉冲波形，并存储于安装在雷达天线上与发射机相连的频率源中；按计算出的FN，编程合成N种重频时序，并存储于安装在雷达舱内与信号处理机和频率源相连的定时器中；按计算出的n，编程实现N种相参积累模式，并存储于安装在雷达舱内与接收机相连的信号处理机中。雷达跟踪目标时，舱内的终端计算机按目标距离值对应的距离段号N分别控制频率源调取波形τN、定时器调取重频时序FN、信号处理调取相应积累模式n工作；跟踪过程中，若目标距离发生变化，则通过改变脉冲宽度τN、脉冲重复频率FN、相参积累模式n可实现连续稳定跟踪。

【技术特征摘要】
1.一种自适应变波形切换跟踪目标的方法，其特征在于包括如下步骤：按雷达所需的距离探测范围R和允许的发射机占空比D，先将雷达所需探测范围R划分为N段，相邻距离段交叠覆盖；再计算出每段对应的脉冲宽度τN和雷达脉冲重复频率FN；然后根据每距离段最大距离RN、波束宽度θ、工作波长λ、雷达重频FN、距离分辨率单元△R、目标速度V和目标加速度a，计算出每段允许的最大扫描时间TN；最后根据最大扫描时间TN确定出各距离段对应的相参积累脉冲数n，计算出τN，编程合成N种脉冲波形，并存储于安装在雷达天线上与发射机相连的频率源中；按计算出的FN，编程合成N种重频时序，并存储于安装在雷达舱内与信号处理机和频率源相连的定时器中；按计算出的n，编程实现N种相参积累模式，并存储于安装在雷达舱内与接收机相连的信号处理机中。雷达跟踪目标时，舱内的终端计算机按目标距离值对应的距离段号N分别控制频率源调取波形τN、定时器调取重频时序FN、信号处理调取相应积累模式n工作；跟踪过程中，若目标距离发生变化，则通过改变脉冲宽度τN、脉冲重复频率FN、相参积累模式n可实现连续稳定跟踪。2.如权利要求1所述的自适应变波形切换跟踪目标的方法，其特征在于：雷达在跟踪目标时，雷达舱内的终端计算机按距离段号协同控制雷达频率源产生对应脉冲波形、雷达定时器产生对应时序，信号处理机工作于对应相参积累模式，当目标运动至相邻波形距离覆盖交叠段时，雷达终端计算机进行目标运动方向预判决，采用目标当前距离值减去目标前次距离值，差值正负号代表目标运动方向。3.如权利要求1所述的自适应变波形切换跟踪目标的方法，其特征在于：按计算出的脉冲宽度，编程合成N种脉冲波形，并存储于安装在雷达天线上与发射机相连的频率源中。4.如权利要求1所述的自适应变波形切换跟踪目标的方法，其特征在于：按计算出的雷达重频，编程合成N种重频时序，并存储于安装在雷达...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭博，陈娟，张静，王山川，尹建军，
申请(专利权)人：零八一电子集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51