2算法海杂波抑制在低仰角跟踪时的应用'> 基于C2算法海杂波抑制在低仰角跟踪时的应用

摘 要： 由于多径反射信号的干扰，雷达低仰角测量一直是一个难点。结合脉冲测量雷达技术特点，阐述了测量雷达常用的低仰角跟踪技术，通过分析多径误差机理，提出了利用[C2]算法、海杂波抑制处理技术，实现复杂背景环境条件下对低空目标的跟踪策略，给出了理论分析与验证成果。

关键词： 多径干扰； 低仰角跟踪； [C2]算法； 海杂波抑制

中图分类号： TN957?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）13?0025?03

Application of sea clutter suppression based on [C2] algorithm in low?elevation

angle radar tracking

JIANG Lai?chun

（Unit 91550 of PLA， Dalian 116023， China）

Abstract： The low elevation angle measurement of radar is a technical difficulty due to multipath signal interference. Based on technical feature of pulse instrumentation radar， the frequently?used low?elevation angle tracking technology is stated in this paper. Through analysis of multipath error principle， low?altitude target tracking strategy in complex background can be realized by use of [C2] algorithm and sea clutter suppression technology. The related theoretical analysis and validated result are proposed in this paper.

Keywords： multipath interference； low?elevation angle tracking； [C2] algorithm； sea clutter suppression

0 引 言

单脉冲雷达广泛应用于角度精密跟踪测量。雷达在地面或海面背景下跟踪低仰角目标时， 雷达波束指向基本为0°，甚至达到负角度，多路径和海杂波对雷达发现和跟踪低空目标的性能影响巨大，无法发现目标或需要长时间搜索才能确定目标位置，跟踪精度差，无法提供较高精度的目标参数，严重时导致目标丢失。因此低俯仰角跟踪是脉冲雷达一直需要重点解决的问题[1]。

基于数字信号处理器ADSP?TS201为核心的信号处理机，硬件上采用通用的CPCI总线为平台，数据采用并行处理，为通用的并行处理机。高速处理器的应用，大大提高数据处理的精度、速度和内容的多样性。信号处理机主要完成恒虚警检测（CFAR）（含一次门限检测、二次门限检测、卫门检测等）、目标角误差和目标距离误差提取、动目标检测（MTI）和动目标显示（MTD）处理、[C2]算法计算、自动增益控制（AGC）、自动频率控制（AFC）等功能。

1 海杂波特性分析

雷达对低空飞行的导弹目标进行跟踪测量时，雷达的视轴俯仰角很低甚至达到负角度，主波束直接扫过海面，多路径反射信号严重干扰了雷达对目标俯仰角的测量[2]；同时多径效应使雷达接收回波信号周期性的增强或衰减，很难用通常的频域信号处理方法加以改善，大大降低了雷达的测量性能。

海面的多径效应影响会随着仰角的降低而加剧，一般多径影响随仰角的不断降低分为三个区域[3]：

旁瓣反射区，[θt>1.5θb]（[θt]为天线俯仰角，[θb]为天线波束宽度）。海面反射只进入天线波束旁瓣的仰角区域。此时主瓣不照射海面，因而海面反射信号较小，对跟踪影响较小。在海情很差的情况下，只需考虑旁瓣海杂波的消除。

主瓣反射区，[1.5θb>θt>0.15θb。]该区域内海面反射进入天线主瓣，信号很强，海面的多径反射对跟踪影响较大。

不稳定跟踪区，[θt

2 低仰角跟踪技术

2.1 偏轴跟踪技术与[C2]算法相结合[4]

偏轴跟踪技术是雷达探测低空目标时，为防止主波束触海面而引入大量干扰，不再用波束中心去跟踪目标而是采用偏零跟踪技术以减小干扰的测量技术。当目标仰角小于某临界角时，雷达天线仰角不再降低，而是指向此临界角。

[C2]算法[5]是将低仰角目标及其镜像分别当作两个很接近的独立目标，用复数分别表示和、差通道的数据，利用一串脉冲的测量结果估计出目标和镜像组合的几何中心位置以及角度分布范围的数值，从而推算出目标的角坐标。

雷达天线接收到的回波和差信号[6]分别表示为[Σ]和[Δ]：

[Σ=ΣI+ΣQ， Δ=ΔI+ΔQ]

[C2]算法给出目标和镜像组合的重心位置估计[B]（在此近似为几何中心位置）和角度分布范围估计[C]：

[B=Σ*ΔΣ*Σ=ΣΔ*Σ*Σ， C2=ΔΔ*ΣΣ*-B2]

在实际应用过程中，对角度中心[B]和角度分布范围[C2]的估计计算法表示如下，通常由时间平均来代替计算样本均值：

[Bn=i=n-N+1nRe（Δ*iΣi）i=n-N+1n（Σ*Σ）]， [C2n=i=n-N+1nΔ*iΔii=n-N+1n（Σ*Σ）-B2n]

为了消除时间平均而带来的非平稳性问题，测量值再通过一阶回归滤波，[n]时刻的滤波输出为：

[xnfilter=αxnobserved+（1-α）xn-1filter]

目标与雷达波束轴夹角[θ]可计算得到：

[θ=B+12C2]

由于[C2]算法是多目标角度分辨算法，将海面反射看作是来源于镜像目标的回波，并用多目标重心位置看作几何中心位置来推算目标仰角，因此可以将偏轴角确定为更低的临界角度，甚至是负角度。所以偏轴跟踪技术和[C2]算法相结合用于主瓣反射区和不稳定跟踪区的目标跟踪测量。最佳偏轴角的具体值由目标和雷达高度和距离具体参数来决定。为了达到最佳的测量效果，偏轴角随目标高度的降低要调低。

2.2 海杂波抑制技术

抗海杂波干扰是单脉冲雷达需要解决的关键技术难题。为保证对低空运动目标的跟踪测量，必须抑制海杂波。通过对消海杂波、检测运动目标径向速度的方法，有效检测低空飞行的导弹目标。

采用瞬时灵敏度时间控制[7]（STC）抑制技术来直接减小海杂波干扰绝对强度。在中高海情时，选用适当的STC，能有效的控制接收通道的饱和，使得其他抗海杂波措施充分发挥作用。为了适应海杂波的复杂多变，雷达中预存多条STC曲线，针对强、中、弱等各种海情分别采用不同的STC曲线，尽可能使STC曲线与变化的海情相匹配。无论在何种海情下，雷达的回波信号都能控制在接收机的线性范围之内。

（1）应用MTI、MTD技术[8]。MTI采用三脉冲对消，滑窗处理。MTD在MTI预对消后接8位或16位多普勒滤波器组。

（2）采用数字恒虚警率（CFAR）技术。 CFAR信号处理技术是减小海杂波影响的又一有效措施。在海杂波背景下检测目标采用固定门限检测必然导致虚警增多。在单元平均CFAR中，用直接计算若干个参考单元平均幅度的方法来估计测试单元的干扰强度，实现了对目标的浮动门限检测处理，能够大大降低虚警率。为提高CFAR处理对付各种干扰的适应能力，采用单元平均选大的恒虚警率处理方法。

（3）采用发射信号控制技术（馈线系统功率程控），在海情较差的情况下可降低海杂波的幅度，同时保证雷达上行信号可正常触发目标应答机，利用应答机信号与海杂波信号的幅度差异消除海杂波的影响。

3 雷达信号处理技术在低仰角跟踪时的应用

单脉冲雷达信号处理分系统有两种工作方式：一种是常规工作模式，只考虑噪声对雷达检测目标的影响，不考虑海杂波和多径效应；另一种是低仰角工作模式，在这种工作模式下要考虑海杂波和海面多径效应的影响。

低仰角下工作方式：

在低仰角情况下，动目标检测和抗多径干扰的选用比较灵活，两种检测既可以单独使用，又可以互相结合。

对海杂波进行处理时，信号处理机首先对接收机送来的和支路I、Q信号先进行3脉冲对消，MTD在MTI预对消后接8位或16位多普勒滤波器组[9]。进行多普勒滤波处理（构成FIR滤波器或直接做FFT），再进行CFAR处理和目标检测，将目标检测结果送测距机。

在雷达仰角更低时，信号处理机将和差信号同时进行MTI[10]，接多普勒滤波进行MTD处理，雷达的滤波器组选用综合的横向（FIR）滤波器或直接做FFT处理[11]。采用脉组间频率参差变化来消除盲速并显露出运动杂波隐藏的运动目标，PRF做20%的变化。再进行C2计算，以消除多径影响，得到目标位置信息。

工作流程图[2]如图1所示。

图1 信号处理机低仰角搜索跟踪流程图

某型单脉冲雷达信号处理器为ADSP?TS201，采用了[C2]算法、海杂波抑制等低仰角信号处理技术，当目标距离[R]=20 km，天线仰角[θt]=0°，信号处理机分别采用常规模式和MTD模式跟踪时，距离A/R显示器分别记录跟踪目标时目标回波及噪声效果实时情况。当采用MTD模式时，距离A/R显示器显示噪声消除干净，目标跟踪稳定。两种模式工作时目标回波及噪声效果图如图2所示。

图2 低仰角跟踪时目标回波及噪声显示效果图

4 结 语

在计算机技术迅速发展的今天，无线电设备低仰角跟踪的问题得到了很大改善。从靶场试验应用的角度来考虑，在今后的靶场建设中，增加设备对相关新技术的应用，必将进一步加强对海面低仰角目标跟踪的稳定性，为低空战术武器试验提供更全面、可靠的一手资料，为提高靶场的试验能力和扩大靶场的试验范围迎来更大的发展空间。

参考文献

[1] 黄培康，殷红成，许小剑.雷达目标特性[M].北京：电子工业出版社，2006.

[2] 王德纯，丁家会，程望东.精密跟踪测量雷达技术[M].北京：电子工业出版社，2006.

[3] 保铮，刑孟道，王彤.雷达成像技术[M].北京：电子工业出版社，2006.

[4] 弋稳.雷达接收机技术[M].北京：电子工业出版社，2004.

[5] 吕韶昱，万建伟，辛勤.C2动态相位估计的偏差补偿算法[J].信号处理，2008，24（3）：450?455.

[6] 祝一薇，楼生强，王展，等.单脉冲雷达低仰角测量的C2的算法研究[J].电光与控制，2008，14（11）：36?40.

[7] 张贤达.现代信号处理[M].北京：清华大学出版社，2002.

[8] HUANG Pei?kang. Radar target signature [M]. [S.l.]： Aerospace press， 1993： 132?194.

[9] CHEN Guo?ying， HUANG Pei?kang. Monopoles radar angle measurement error reduction based on wavelet multiresolution analysis [C]// Proceedings of 1996 CIE International Conference of Radar. Beijing： CIE， 1996： 723?726.

[10] 饶文光，强泊涵.单脉冲雷达原理概述[M].西安：西北电讯工程学院出版社，1979.

[11] 楼字稀.雷达精度分析[M].北京：国防工业出版社，1979.

[12] 郑建荣.单脉冲雷达测角幅相不一致影响及校正[J].现代电子技术，2012，35（9）：1?3.