TR-R2多站雷達系統的近程應用仿真與分析

本文將寬帶FMCW發(fā)射波形引入近程TR-R2多站雷達系統，利用FMCW雷達信號的高分辨率特點(diǎn)，分析了近程TR-R2系統的目標定位，提出了利用回波信號頻譜估計細柱狀目標長(cháng)度的方法，并導出了計算目標長(cháng)度的解析公式.速度矢量在目標探測與分析中，尤其是在近程目標的識別中具有重要的意義.本文首次分析了TR-R2系統中目標速度的測量方法并給出了算法公式.文中對系統性能進(jìn)行了較全面的分析與仿真.

關(guān)鍵詞:多基地雷達;調頻連續波;系統分析

Analysis and Simulation for the Short Range Application of TR-R2 Multistatic Radar System

WEI Chong-yu,XU Shan-jia,WANG Dong-jin

(University of Science Techndogy of China,Hefei 230027,China)

Abstract:The FMCW is introduced into short range TR-R2 multistatic radar system and an analysis is given,for locating the geometric center of a thin cylindrical target in short range using the high resolution of the wideband FMCW signal.A method and its analytical expressions for calculating the length of the target using echo spectrum are presented.Target velocity measurement is of important significance for target detection and analysis,especially for recognizing a target in short range.In this paper,an algorithm for measuring target velocity with TR-R2 system is analyzed for the first time,and formulae for the calculation of velocity are shown.System performances are discussed and simulated with the present algorithm.

Key words:multistatic radar;FMCW;system analysis;simulation

一、引　　言

多站雷達具有許多適應現代戰爭環(huán)境的獨特優(yōu)點(diǎn)，所以近年來(lái)重新獲得人們的重視.然而，以往這方面的研究[1～3]大都是針對遠程應用.對多站雷達近程應用的研究很少.對于那些目標密度低，目標形狀簡(jiǎn)單(一般為細柱狀)，但要求系統反應速度快的近程應用場(chǎng)合(作用距離在3km以?xún)?，怎樣高速地對目標幾何中心定位，分析目標特性并估計目標尺寸;如何分析系統對目標的探測精度;多站系統該如何布局等等，都是尚未很好研究的實(shí)際問(wèn)題.本文將分析TR-R2多基地雷達系統的近程應用.

高線(xiàn)性度FMCW發(fā)射波形具有高分辨率特點(diǎn)，雷達系統采用寬帶高線(xiàn)性度FMCW發(fā)射波形時(shí)能夠實(shí)現對目標的高精度定位.但單純的FMCW信號會(huì )發(fā)生嚴重的時(shí)延和頻移耦合，從而使FMCW信號不能發(fā)揮應有的效能.同時(shí)這種信號的匹配濾波也會(huì )因多卜勒失真而變差.當目標速度v0.1c/TB(c為光速，T為信號時(shí)寬，B為信號帶寬)時(shí)，這種影響可以忽略[4]，然而，對于大時(shí)寬帶寬信號(如時(shí)寬1ms，帶寬500MHz)，且目標速度較高時(shí)，上述條件一般不再滿(mǎn)足.另外，單頻脈沖是一種簡(jiǎn)單的發(fā)射波形，其信號處理容易，頻移測量精度高且與時(shí)延不發(fā)生耦合，很適合于用來(lái)測量目標速度.為此本文將FMCW信號與單頻脈沖信號兩者的優(yōu)點(diǎn)結合起來(lái)，采用兩種波形交替發(fā)射，對目標回波綜合處理的辦法完成時(shí)延與頻移的解耦，從而構成了一種能充分發(fā)揮FMCW信號效能，同時(shí)實(shí)現高精度定位與測速的新方法.系統發(fā)射信號的頻率關(guān)系如圖1所示.

圖1　發(fā)射頻率變化規律

在0-T1時(shí)段內系統發(fā)射單頻脈沖，完成多卜勒頻移測量.在T1-T時(shí)段內，系統發(fā)射高線(xiàn)性度FMCW信號，接收機根據0-T1時(shí)段的頻移測量，在回波信號中扣除頻移影響，完成時(shí)延的高精度測量，實(shí)現目標幾何中心定位，而后利用回波譜寬估算細柱狀目標長(cháng)度，并求出目標速度矢量.

文中假定測量周期T在ms量級，在這段時(shí)間內近似認為目標速度是不變的.同時(shí)考慮系統的實(shí)時(shí)性要求，本文將不討論目標細節的識別，而是根據近程環(huán)境特點(diǎn)僅僅估計細柱狀目標長(cháng)度.文中所采用的算法也都是能一次完成計算的解析算法.

二、幾何中心定位算法

多站系統的幾何布局如圖2所示.在T1-T時(shí)段內，t時(shí)刻的發(fā)射頻率為

νT=ν0+kt　(1)

t時(shí)刻經(jīng)目標幾何中心到達Si的信號頻率為

　(2)

式中RT,Ri分別為目標幾何中心與ST及Si的距離，k為FMCW線(xiàn)性調頻的速率.t時(shí)刻直達Si的信號頻率為

　(3)

RTSi為發(fā)射機直達Si的距離.假設已根據0-T1時(shí)段測出的目標多卜勒頻移，并在式(2)、(3)中扣除了該頻移的影響.這時(shí)，Si對νTSi與νTOSi進(jìn)行相關(guān)處理，求得頻差νdi

　(4)

圖2　多站雷達系統布局

圖3　多站系統的收發(fā)頻率關(guān)