单脉冲雷达距离和速度测量精度技术解析

单脉冲雷达距离和速度测量精度技术解析

胡先进

（安徽四创电子股份有限公司，安徽合肥230000）

摘要：科技在快速的发展，社会在不断的进步，分析了单脉冲雷达测量误差的不同来源及其对测量精度的贡献，并给出了误差分类，对于随机误差给出了工程上常用的减小误差方法。

关键词：单脉冲雷达；测量精度；误差分析；卡尔曼滤波

引言

单脉冲雷达属于一种较为精密测量雷达，通过测量运动目标距离测站的距离变化和距离变化率，再结合伺服跟踪系统的测角数据，从而完成对目标运行轨迹测量。单脉冲雷达在进行距离测量时，很容易受内外因素的影响，导致距离测量存在较大的误差，会造成目标飞行任务不必要的损失。因此，为了提升单脉冲雷达距离的准确性，采用合理的速度测量精度技术是非常必要的，下面就对单脉冲雷达距离和速度测量精度技术的相关内容，展开分析和阐述。

1单脉冲雷达的主要干扰技术分析

随着电子干扰技术的迅速发展，如今能够对雷达实施干扰的技术非常多，我们从战术应用角度将其分为常规干扰和非常规干扰两大类。其中，常规干扰具体指的是雷达对抗中经常采用的普适性较强的一些干扰方法，其主要干扰原理是有效降低雷达接收信号的信噪比。常用的常规干扰技术主要包括阻塞噪声、射频存储转发干扰和无源干扰等。雷达抗常规干扰的主要方法是提升雷达的跟踪和探测性能，比如增加隐身天线、增加发射功率以及采用低截获概率技术等。非常规干扰主要是指对采用了特定技术的雷达或者构造、功能比较特殊的雷达实施干扰的方法和措施。一般来讲，对特定的雷达进行非常规干扰应当先侦查、收集被干扰雷达的一些特定信息（比如雷达频率、雷达操作系统等），然后使干扰机在逼真复现被干扰雷达信号的同时有效控制信号，从而产生虚假现象，通过制造假的雷达目标回波，让被干扰雷达产生错误的数据和信息。非常规干扰方法对跟踪雷达的干扰更为有效，这也是对单脉冲雷达进行干扰时经常采用的方法。这类干扰技术主要有距离欺骗、角度欺骗、速度欺骗和自动增益控制欺骗等。其中，距离欺骗的特点是利用干扰信号将雷达距离波门从真目标上脱开，以控制、转发或延迟等有效手段使雷达产生距离假目标。其干扰原理是通过发送干扰让雷达两个距离波门中的信号强度不一样，从而干扰雷达的距离分辨能力。角度欺骗干扰的主要特点是在单脉冲雷达分辨角内设置两个或以上的干扰源，对单脉冲雷达的角跟踪系统精度和准确度实施干扰。速度欺骗的特点是通过发送两个高低不同频移的干扰信号，从而让雷达速度跟踪波门难以准确测定目标的移动速度。自动增益控制欺骗的特点是通过连续不断的干扰使AGC不断进行控制转化，从而造成雷达接收机工作失常，进而出现跟踪、探测中断或雷达整体性能下降等问题。

2单脉冲雷达距离和速度测量精度技术

2.1热噪声

热噪声是影响单脉冲雷达距离测量准确性的一项重要因素，是导体中的电子在热激励的作用下，产生不规则运行的状态，进而导致电流瞬间产生起伏的现象。同时，单脉冲雷达回波信号的检测，以及距离参数的测量，其实就是对噪声中目标的检测，以及目标运行距离速度的测量。对于利用脉冲串的积累获取目标多普勒信息的雷达，那么速度测量的时候，需要根据相关的公式，其公式为：

从单脉冲雷达的角度来说，Be为累积后期的倒数，kf为环路鉴别器误差斜率，并且该斜率一般是与雷达的形式有直接关系。另外，若是取值为1，S/N为雷达接收系统输出信噪比，fr为雷达重复率，βn为雷达接收系统等效宽带。根据该项工程，若是想减小热噪声就会引起多普勒误差，面对这样的情况，需要提高接收系统输出信噪比，减小接收系统等效带宽。

2.2发射信号谱线宽度

发射信号相位噪声反映了发射信号的短期稳定度，会引起发射信号谱线展宽，并直接导致回波信号谱线宽度加宽，成为影响目标多普勒频率检测的误差源。发射信号谱线宽度可以通过测量得到。降低发射信号相位噪声可减小谱线宽度，并减小测速误差。因此设计低相噪的频率源与降低测速误差密切相关。

2.3抗自动增益控制欺骗的能力分析

自动增益控制欺骗主要是干扰AGC，让其无法正常工作，从而干扰雷达的正常运行。但实际中，无论是单脉冲雷达，还是其他雷达，其AGC环路都有一定的响应宽带。如果采用较高频率的通/断调制干扰，一般要超过AGC响应带宽。这时，AGC电压才会随着干扰摆动，但并不会得到合适的固定值。此时，相位检波器输出幅度也会出现时大时小的起伏。这种起伏会导致角跟踪系统的误差出现大幅度的变化，从而使跟踪发生偏差。此时，干扰才算生效。单脉冲雷达的角度跟踪误差由单个脉冲信号来决定，并非脉冲串包络，因此，接收机自动增益控制的环路带宽能够设计频率较高的响应宽带，从而响应频率很高的脉冲起伏。AGC环路带宽要比伺服带宽大很多。要想有效干扰AGC环路，必须使通/断调制频率超过AGC环路带宽，确保其频率远远高于伺服带宽的截止频率。但是，这样操作会引起相检输出幅度起伏不定，从而不能进入伺服环路，伺服环路只能响应其平均值，并会引起频率对冲，更不会导致跟踪偏差。

2.4卡尔曼滤波

在采用速度测量精度技术的时候，利用卡热曼滤波算法进行展开。虽然随机误差具有一定的随机特性，无法预先知道其准确参数值，降低其误差。但是可以根据单脉冲雷达分布的特性，采取相应的数据处理，在一定程度上降低随机误差值。同时，利用卡尔曼滤波对距离和速度测量值可以进行处理。在处理的时候，可以将k时刻目标的相对距离设为Rk，并且相对速度为vk，相对加速度为αk，那么时间间隔为△T，系统状态的方程公式为：Xk=F·Xk-1+Γ·αk-1式中：Xk=

根据这个算法，可以获得状态估计向量，其中主要包括了相对距离和速度估计值，以此降低误差的产生。利用卡尔曼滤波方式的时候，可以有效提升测量精度，其效果是非常明显的。

2.5接收机延时变化引起的误差

在接收机中频放大器的电路中一般都存在信号延时，其大小和中频放大器的带宽、选用的滤波器特性有关。由电路产生的延时一般是一个常数，可以通过零距离校正把它消除。但电路中元器件的性能变化会使延时发生变化，从而使距离测量产生误差。延时变化造成的误差一般比较小。只要将固定延时误差校准补偿掉就可以满足系统要求。

结语

综上所述，本文对单脉冲雷达测距测速原理简单介绍，并且针对测量误差产生的原因简要分析，提出了相应速度测量精度技术的相关内容，例如：真实速度向量计算、卡尔曼滤波、速度量误差修正等方面，其目的就是保证单脉冲雷达距离测量的准确性，提升单脉冲雷达的测距测速精度，从而提升单脉冲雷达测轨精度，对其相关行业的发展，也是非常有利的，可以实现良好的经济效益。

参考文献

[1]贾志飞.单脉冲雷达速度量折射误差高精度修正策略分析[J].科技与创新，2016（10）：109.

[2]李思奇.高分辨单脉冲雷达距离像回波建模仿真[J].太赫兹科学与电子信息学报，2017，14（02）：186-189.

[3]朱泽锋.单脉冲测量雷达标校对测量精度的决定作用[J].中国新技术新产品，2015（24）：85.

[4]张瑜，史莹莹，张洁寒.单脉冲雷达速度量折射误差高精度修正方法[J].电波科学学报，2018，30（03）：530-534.

[5]郭玲红，李亚立.单脉冲雷达距离和速度测量精度技术分析[J].航空兵器，2017（05）：31-33.