一种单脉冲测量雷达测速新方法

摘 要： 在现有单脉冲测量雷达数字测速方法基础上，提出一种测速新方法。该方法通过加长积累时间，提高了测速的信噪比，并估计和补偿运动目标加速度等信息，获得更精确的频率，从而提高测速精度，同时完善频谱异常检测方式，使单脉冲测量雷达测速具有更好的稳健性。

关键词： 雷达测速； 频谱异常检测； 单脉冲测量雷达； 相参积累

中图分类号： TN957.51?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）15?0015?05

A new velocity measuring method of monopulse instrumentation radar

CAI Jiu?liang， GUI You?lin， WANG Wen?ying

（Nanjing Research Institute of Electronic Technology， Nanjing 210039， China）

Abstract： A new velocity measuring method of monopulse instrumentation radar is presented based on the existing digital velocity measuring methods. The more accurate frequency can be acquired， and the velocity measuring precision can be improved by lengthening the integrating time， increasing the velocity measuring signal?to?noise ratio and estimating the moving object accelerated speed. The method improved the frequency spectrum exceptional detection mode and made the velocity detection of the monopulse instrumentation radar more robust.

Keyword： radar velocity detection； frequency spectrum anomaly detection； monopulse instrumentation radar； coherent integration

0 引 言

单脉冲测量雷达主要用于对卫星、飞船、导弹的精密跟踪和轨道测量，要求具有较高的测量精度和实时性。随着雷达技术的发展，单脉冲测量雷达的频谱纯度和相参性技术已有了很大提高，目前新单脉冲测量雷达均采用全数字多普勒测速技术，该测速技术是一种闭环测速法，采用窄带跟踪滤波器和二阶环路实现测速跟踪[1?4]。

目前单脉冲闭环测速方法具有较高的跟踪精度和实时性，但是随着火箭、导弹技术的不断发展，环境已经发生了显著变化，现有的测速方法不能很好地适应新情况，导致测速效果变差，主要如下：

（1） 火箭或导弹在级间分离、助推推进器脱落等特征点上目标出现短暂震动，导致应答机信号频谱出现散谱现象，测速鉴频环节出现错误，会出现跳谱线甚至失锁现象；

（2） 因雷达系统原因，诸如应答机误触发、应答机信号遮挡等导致应答机信号出现野值点，会出现鉴频错误而导致测速精度变差。

上述不利因素在整个雷达工作期间均有可能出现，影响了测速性能。针对上述问题，本文提出了一种测速新方法，通过加长积累时间来提高测速信噪比，并通过多项式相位信号参数估计法来估计和补偿运动目标的加速度和加加速度，获得更精确的频率，从而提高测速精度，同时对回波频谱进行异常检测，对异常时刻进行速度外推，从而使测速具有更好的稳健性。

1 常规单脉冲测速方法

常规单脉冲测速是全数字闭环测速系统，实际上就是一个频率测量系统。首先，将输入的基带信号正交数字量[I（n），][Q（n）]和反馈的基带相参正交数字量进行数字混频，求得差频正交数值[εI（n）]和[εQ（n）]；接着，对[εI（n）]和[εQ（n）]进行幅度归一化；其次，进行数字鉴频处理，得到频率误差数据；然后这一频率误差数据经[α?β]滤波器平滑后，即产生了目标的径向速度与加速度值；最后，预测的径向速度换算成多普勒频率预测值[Fp，]送至相位累加器，再通过查表得到反馈的基带相参正交数字量[cos（ωpn）]和[sin（ωpn），]与输入的基带信号正交数字量[I（n），][Q（n）]进行数字混频，再经过2点MTI或4点FFT的方法进行数字鉴频获得差频信号频率，从而完成频率的闭环跟踪。由于受雷达脉冲重复频率的限制，测速回路测出的目标径向速度可能出现模糊，需要利用测距机测得的目标距离数据[R]和测速机测得的模糊速度进行相关运算后，消除速度模糊。消除速度模糊常采用不变量嵌入算法。消除速度模糊后，得到一个实时的、精确的、无模糊的目标径向速度[1，4?5]。测速的工作原理框图如图1所示。

图1 常规测速的工作原理框图

数字鉴频器是脉冲多普勒测量雷达全数字闭环测速系统的一个关键功能部件，其鉴频性能的好坏直接影响到测速回路的跟踪性能。要使测速回路能快速捕获目标，就要求数字鉴频器的带宽足够大。当数字鉴频器的带宽达到脉冲重复频率（PRF）时，就能保证只要任一信号细谱线进入鉴频带宽范围内，测速回路就能快速地捕获跟踪到目标。全数字闭环测速系通常采用基于4点FFT的数字鉴频器。数字鉴频器的原理框图如图2所示。