对空高速目标检测和跟踪方法解释.docx
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对空高速目标检测和跟踪方法解释
对空高速目标信号处理
对于常规慢速目标,在相参处理时间内该走动量通常不会超过一个距离单元。
而对于高速目标,它可能跨越多个距离单元,而必须加以处理才能实现相参处理时间内多次回波的相参积累。
尤其HSV载体运动速度很高且机动能力很强,雷达目标间的高速高机动特性更加明显,雷达目标回波会出现跨距离单元、跨多普勒单元问题,加剧了目标回波相参积累的难度。
为了提高雷达的探测性能,需要补偿后才能达到好的积累增益。
雷达目标间的相对速度最高可达15马赫以上,加速度最高可达20g。
以速度每秒5000米为例,如果雷达相参处理时间为50ms,其运动距离可达250米,对窄带雷达来讲需要考虑回波包络的补偿。
此外,速度在相参时间里变化10m/s,对X波段雷达来说,多普勒扩展为667Hz,而多普勒分辨率为20Hz。
所以为了获得高的处理增益,提高探测距离,回波多普勒扩散需要补偿。
(1)高重频信号处理
高脉冲重复频率的相参脉冲串信号的频谱如图3.5所示。
除了载频上的中央谱线之外,在载频PRF的整数倍处还有其它一些谱线,谱线间隔为脉冲重复频率。
发射频谱的包络取决于脉冲形状,例如,矩形脉冲时为
形。
运动目标回波的频谱是发射频谱偏移后的复制品,也含有一些间隔为PRF的谱线。
图3.8PD雷达发射信号的频谱
高占空比高重频的信号没有距离门的概念,可以只考虑多普勒扩展的影响。
由于加速度的存在对回波信号补偿后其多普勒仍不为常数而是时变的,故需要进一步获取目标的精确运动参数。
解线性调频法是一种简单而且易于实现的运动补偿法。
可用一个调频因子
(
)与信号相乘,即
(3.1)
当
=
(其中
为目标的加速度真值)、式(3.1)出现峰值。
因而速度、加速度的精确估计问题转化为寻找最优的
即
的问题。
利用解线性调频法精确估计速度、加速度,关键是对式(3.1)中的
进行最优搜索,搜索步长的选取十分重要,如果步长选得过大,就不能满足估计精度要求;如果搜索步长选得过小,则运算量剧增,不利于算法的实时处理和工程实现。
由于
需要遍历搜索,为减少运算量以及提高估计精度,可以采用“逐次逼近法”来估计目标的速度、加速度。
对
遍历搜索时,为满足精度要求搜索步长必须选得很小,我们要计算的FFT次数太多,运算量相当的大,“逐次逼近法”在保证估计精度的前提下,有效的解决了搜索步长选择问题,使运算量大为减少,便于实时处理。
假设加速度测量精度
<1m/
可满足积累增益。
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