揭秘單脈沖雷達(dá)精準(zhǔn)鎖定目標(biāo)技術(shù)

雷達(dá)在檢測(cè)到目標(biāo)后，通常會(huì)在雷達(dá)的覆蓋范圍內(nèi)繼續(xù)“檢測(cè)”目標(biāo)，使用檢測(cè)的信息來(lái)獲得目標(biāo)更準(zhǔn)確的位置并能夠預(yù)測(cè)目標(biāo)位置，所有這些功能被稱為跟蹤。在脈沖雷達(dá)跟蹤模式下，當(dāng)雷達(dá)鎖定目標(biāo)時(shí)，跟蹤并自動(dòng)維護(hù)關(guān)于目標(biāo)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)：距離，方位角和俯仰角。

距離跟蹤

距離跟蹤通常使用稱為距離門的技術(shù)完成，該技術(shù)在距離增加或減少時(shí)自動(dòng)跟蹤目標(biāo)。距離門的概念如下所示：

雷達(dá)回波將包含噪聲和目標(biāo)回波，距離門技術(shù)使用兩個(gè)門，一個(gè)“Early Gate”和一個(gè)“Late Gate”。“Early Gate”位于目標(biāo)回波的前沿附近，并從目標(biāo)回波的早期部分檢測(cè)并捕獲能量。 相反，“Late Gate”位于目標(biāo)回波的后沿附近，檢測(cè)并捕獲目標(biāo)回波后沿的能量。比較來(lái)自“Early Gate”和“Late Gate”的檢測(cè)信號(hào)，并將結(jié)果用于定位跟蹤門，使其與目標(biāo)回波一致。

角度跟蹤

在雷達(dá)跟蹤模式中，雷達(dá)跟蹤目標(biāo)的方位角和俯仰角。這里主要介紹單脈沖跟蹤技術(shù)。單脈沖是大多數(shù)現(xiàn)代雷達(dá)的首選跟蹤方法，不僅因?yàn)樗浅?zhǔn)確，而且它很難被欺騙。

“單脈沖”意味著可以基于單個(gè)脈沖而不是波束序列或完整的圓錐形掃描來(lái)確定，因而跟蹤速率更高更準(zhǔn)確。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是基于同時(shí)接收所有四個(gè)通道中的目標(biāo)回波，可以忽略回波在時(shí)間上的變化。

上圖顯示了單脈沖的跟蹤原理，它使用兩到四個(gè)同時(shí)的波束，其中波束以俯仰角和并排的方式堆疊在一起。單脈沖跟蹤技術(shù)可以使用相位或振幅比較來(lái)實(shí)現(xiàn)跟蹤任務(wù)。

比幅單脈沖

根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)中的定義，比幅單脈沖雷達(dá)的目標(biāo)與天線軸的角度偏差由測(cè)量同一目標(biāo)在兩個(gè)接收方向圖上的幅度比較得到。方向圖可以是處在天線軸兩邊的一對(duì)波束，也可以是相對(duì)于軸是奇對(duì)稱的差通道波束和偶對(duì)稱的和通道。下圖中的四個(gè)通道可以組成方位和俯仰方向的和差方向圖。

對(duì)于比幅單脈沖，所有四個(gè)波束都偏離天線視軸一點(diǎn)（通常使得它們?cè)诓ㄊ陌牍β什ㄊ鴮挾忍幹丿B）。 將平面內(nèi)兩個(gè)波束接收到的回波信號(hào)進(jìn)行比較，就可取得目標(biāo)在這個(gè)平面上的角誤差信號(hào)，然后將此誤差電壓放大變換后加到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制天線向減小誤差的方向運(yùn)動(dòng)。因?yàn)閮蓚€(gè)波束同時(shí)接收到回波，故單脈沖測(cè)角獲得目標(biāo)角誤差信息的時(shí)間可以很短，理論上只要分析一個(gè)回波脈沖就可以確定角誤差。

振幅和差式單脈沖雷達(dá)取得角誤差信號(hào)的基本方法是將這兩個(gè)波束同時(shí)收到的信號(hào)進(jìn)行和差處理，分別得到和信號(hào)和差信號(hào)。若目標(biāo)處在天線軸向方向（等信號(hào)軸），誤差角為零，則兩波束收到的回波信號(hào)幅度相同，差信號(hào)等于零。

目標(biāo)偏離等信號(hào)軸而有一誤差角時(shí)，差信號(hào)輸出振幅與誤差角成正比，而其符號(hào)（相位）則由偏離的方向決定。和信號(hào)除用作目標(biāo)檢測(cè)和距離跟蹤外，還用作角誤差信號(hào)的相位基準(zhǔn)。

比相單脈沖

對(duì)于比相單脈沖，系統(tǒng)使用2個(gè)單獨(dú)的天線（也可以是4個(gè)天線）照射空間中的遠(yuǎn)區(qū)目標(biāo)，不像在比幅單脈沖系統(tǒng)中的波束斜視，在比相單脈沖系統(tǒng)中波束保持平行。

因?yàn)椴ㄊ瞧叫械?，所以如果目?biāo)位于中心，雷達(dá)回波將同時(shí)到達(dá)兩個(gè)天線并且具有相同的相位。另一方面，如果目標(biāo)與視軸成一定角度，則雷達(dá)回波將比另一個(gè)天線延遲一定的相位。

一般來(lái)說(shuō)，比相單脈沖的主要優(yōu)點(diǎn)是精度要高得多，而比幅單脈沖具有更好的信噪比。由于單脈沖跟蹤技術(shù)需要2或4個(gè)獨(dú)立的雷達(dá)波束，因此可以執(zhí)行單脈沖跟蹤的雷達(dá)系統(tǒng)需要有多個(gè)天線（或使用AESA系統(tǒng)）。因此，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。?

雖然通過(guò)單脈沖跟蹤是非常精確的，但有且只有一個(gè)目標(biāo)被跟蹤時(shí)才能實(shí)現(xiàn)完全性能。當(dāng)雷達(dá)分辨單元內(nèi)存在多個(gè)目標(biāo)或存在多路徑反射時(shí)，單脈沖跟蹤精度將會(huì)受到嚴(yán)重影響。 ?

審核編輯：黃飛

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