毫米波末制導雷達頻域高分辨測角技術(shù)研究

摘 要：針對毫米波末制導雷達角跟蹤精度差的問(wèn)題，提出基于頻域高分辨像的單脈沖測角算法。該算法根據單脈沖雷達測角原理，在測角之前對和差通道的回波信號分別進(jìn)行一維頻域成像，然后在頻域做比幅測角，獲得頻域單元的角度誤差，經(jīng)過(guò)一定的濾波處理，得到目標徑向幾何中心的空間角度。仿真結果表明該算法可大大提高單脈沖雷達的測角精度。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)蚊}沖；測角；頻域高分辨；多普勒頻移；毫米波末制導雷達

0 引 言
精確制導技術(shù)是精確制導武器的關(guān)鍵技術(shù)，其重點(diǎn)在于研究確保尋的武器在復雜戰場(chǎng)環(huán)境中命中目標乃至命中目標要害部位的尋的末制導技術(shù)。隨著(zhù)導彈尋的精確制導技術(shù)的發(fā)展，當雷達尋的器接近目標時(shí)，目標角閃爍已成為微波／毫米波雷達尋的器跟蹤誤差的主要來(lái)源，特別是當跟蹤大的擴展目標時(shí)，目標角閃爍已成為提高末制導雷達精度的主要障礙。因此，抑制角閃爍，提高末制導雷達的測角精度是末制導雷達的一項關(guān)鍵技術(shù)。
經(jīng)典的抑制角閃爍常用的方法是根據不同的雷達體制和應用背景，在不同的空間、頻率和極化方式上對目標的后向散射回波進(jìn)行分集接收和濾波處理。近年來(lái)，隨著(zhù)寬帶雷達的發(fā)展和應用，基于距離高分辨距離像的單脈沖測角技術(shù)在抑制角閃爍方面具有較大的潛力和應用前景。本文提出的基于頻域高分辨的測角算法應用于毫米波PD體制末制導雷達，是在系統多普勒分辨率滿(mǎn)足一定的條件下，對目標回波進(jìn)行頻域高分辨成像，在和通道中實(shí)現目標散射中心頻域單元的檢測，對檢測出的頻域單元分別求出相應的方位角和俯仰角，經(jīng)過(guò)一定的濾波處理，得到目標的徑向幾何中心的空間角度。仿真結果表明該頻域高分辨測角技術(shù)可以有效提高末制導雷達的測角精度。

1 頻域高分辨原理
當導彈與目標存在相對徑向運動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生多普勒效應。對于主動(dòng)末制導雷達，點(diǎn)目標回波的多普勒頻率為：

式中：Vr(t)為彈目相對徑向速度；λ為發(fā)射信號的波長(cháng)。目標的不同部位與導彈的相對速度是不一樣的，不同部位對應的回波多普勒頻率也不同。對于毫米波雷達而言，其目標特性處于光學(xué)區，由于目標的尺寸遠大于雷達發(fā)射信號的波長(cháng)，目標可以看成是由多個(gè)散射中心組成的擴展目標。當導引頭的視線(xiàn)與目標之間存在夾角時(shí)，擴展目標不同部位散射中心的速度方向與雷達視線(xiàn)方向不同，進(jìn)而使得各個(gè)散射中心的多普勒頻率也存在差異。如果雷達系統的頻域分辨率滿(mǎn)足要求，就可以分辨出體目標的各個(gè)強散射點(diǎn)的多普勒頻率，則在頻域上可以得到體目標上各個(gè)散射點(diǎn)的多普勒頻率信息，從而獲得頻域高分辨一維像。

2 頻域高分辨測角算法
2．1 振幅和差單脈沖測角原理
單脈沖雷達屬于同時(shí)波瓣法測角。雷達天線(xiàn)在一個(gè)角平面內有兩個(gè)部分重疊的波束，振幅和差單脈沖雷達取得角誤差信號的基本方法是這兩個(gè)波束同時(shí)收到的信號進(jìn)行和、差波束處理，分別得到和信號、差信號，其中差信號就是該角平面內的誤差信號。
以方位平面為例，假定兩個(gè)波束的方向性函數完全相同，設為F(θ)，兩波束收到的信號電壓振幅分別為E1，E2，兩波束各自相對天線(xiàn)軸線(xiàn)的偏角為δ，則對于偏離天線(xiàn)軸線(xiàn)θ角方向的目標，其和信號振幅為：

其中：F2∑(θ)為發(fā)射和波束方向性函數，而F(δ一θ)+F(δ+θ)為接收和波束方向性函數，它與發(fā)射和波束方向性函數完全相同；A為比例系數。
差信號的振幅為：

其中：F△=F(δ-θ)一F(δ+θ)為接收差波束方向性函數。
假定目標的誤差角為ε，則差信號振幅可表示為：

由于ε比較小，對F△（ε）做泰勒級數可表示為F′△(0)ε，那么：

所以，在一定的誤差角范圍內，差信號的振幅大小與誤差角ε成正比。差信號的相位表明目標偏離天線(xiàn)軸線(xiàn)的方向，所以誤差角可以表示為：