數據融合在艦炮系統低角跟蹤中的應用

　　1 引言

　　現代海戰中，飛機或導彈的低空、超低空突襲，尤其是具有“低、小、快”戰術(shù)特性的掠海導彈，對水面艦艇的安全構成極大的威脅。因受到地球曲率、多路徑效應、背景雜波的影響，以及隱身技術(shù)的廣泛采用，雷達在較遠的距離，發(fā)現和穩定跟蹤掠海導彈較困難，即使在近距離上發(fā)現和跟蹤這樣的高速目標，防御武器系統也很難有充足的反應時(shí)間。因此，水面艦艇探測系統必須解決好對低空掠海導彈的發(fā)現及穩定跟蹤問(wèn)題，保證艦載武器和系統能有效地攔截低空、超低空目標。

　　艦炮系統中一般配有火控雷達和光電系統等探測設備，這些傳感器一般只起互補的作用，一種傳感器由于被干擾或故障不能作用時(shí)，改用另一種傳感器。在多傳感器的使用上，僅僅做了優(yōu)化選擇，各種傳感器的信息沒(méi)有進(jìn)行真正意義上的融合。若能充分利用這兩種傳感器的各自?xún)?yōu)點(diǎn)，采用多傳感器數據融合技術(shù)、復合跟蹤技術(shù)，可極大的提高艦炮系統對低空目標的發(fā)現和跟蹤性能。

　　2 海面低空目標多路徑效應

　　2.1 多路徑幾何模型

　　雷達在探測低空掠海飛行的目標時(shí)，天線(xiàn)具有一定的仰角。雷達波束照射目標的同時(shí)必然會(huì )照射一定區域的海面，回波信號有可能直接或經(jīng)過(guò)海面反射后到達雷達接收天線(xiàn)。直達波和反射波相互干涉，引起仰角誤差信號在幅度和相位上發(fā)生變化，引起的誤差為多路徑誤差。

　　海面多路徑反射分為兩部分：鏡面反射和漫反射。

　　(1) 鏡面反射：鏡面反射波與直達波是相關(guān)的，他滿(mǎn)足瑞利判據，即：

　　其中：△h是反射面高度的變化，Ψ是擦低角，λ是波長(cháng)。如圖1所示。

　　(2) 漫反射：在海面除了鏡面反射，還有漫反射，他隨海水的運動(dòng)起伏，漫反射波與直達波是不相關(guān)的，是由海面前向散射分量形成，多普勒頻移與直達波基本相同。

　　2.2 多路徑效應對角跟蹤系統的影響

　　多路徑效應對雷達低空目標跟蹤的主要影響表現在俯仰角上，根據反射信號(或鏡像目標)進(jìn)入的雷達波束區域，分為3種誤差區域：

　　2.2.1 副瓣反射區

　　在副瓣反射區內，誤差主要是由鏡面反射引起的，主波束不照射到反射表面，反射信號指通過(guò)天線(xiàn)波束的副瓣進(jìn)入雷達接收機，多路徑誤差是周期性的，其均方根誤差為：

　　其中，θB是天線(xiàn)仰角波瓣寬度，Gsc是波瓣主瓣的峰值功率與鏡像信號所在角度上的差波瓣旁瓣的峰值功率之比。

　　2.2.2 主瓣反射區

　　當目標仰角低到跟蹤雷達的主瓣一側照射表面時(shí)，反射信號將進(jìn)入主瓣。跟蹤誤差為：

　　其中，△t∑t是直射波方向的差信號與和信號，△r∑t是反射波方向的差信號與和信號，ρ是表面反射系數，a是反射信號相對直射信號的總相移。

　　2.2.3 水平反射區

　　目標信號與反射信號在俯仰方向上非常接近，同時(shí)進(jìn)入天線(xiàn)主瓣，接受信號功率衰落很大，此時(shí)，多路徑誤差為兩個(gè)反射體目標的閃爍誤差。跟蹤誤差為：

　　其中，e是相對于目標的距離誤差，ρ是表面反射系數，φr為直射路徑與反射路徑的路程差。

　　以單脈沖雷達為例仿真，假設目標高度為10 m，天線(xiàn)高度為15 m，反射系數ρ=0.8，勻速直線(xiàn)向雷達方向飛行，多路徑效應隨距離變化，引起的俯仰角誤差如圖2所示。

　　從圖2可以看出，雷達跟蹤低空掠海目標時(shí)，多路徑效應將嚴重目標俯仰角的測量，這種誤差可分為兩種：一種是高信噪比階段時(shí)近似恒定的偏差，另一種是低信噪比階段時(shí)的尖峰誤差。尖峰誤差出現在直達波和反射波的相位差約180