高速彈丸目標(biāo)探測體制技術(shù)研究

引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，主戰(zhàn)坦克等裝甲車輛自身的防護(hù)能力直接關(guān)系到它在戰(zhàn)場上的生存和作戰(zhàn)能力。隨著反坦克彈藥效能的長足進(jìn)步和大量擴(kuò)散，單純增加裝甲厚度等傳統(tǒng)的防御手段已難以抵消反裝甲技術(shù)的發(fā)展。因此，世界各國都在積極地探索發(fā)展新的裝甲車輛防護(hù)技術(shù)。

主動反擊系統(tǒng)是一種超近距離主動防御系統(tǒng)，它的主要作戰(zhàn)方式是基于自動探測設(shè)備并識別來襲的反坦克導(dǎo)彈和火箭彈，在來襲彈藥距坦克一定距離上發(fā)射反擊彈藥并實現(xiàn)定時起爆，利用定向破片流攔截來襲彈藥，使其戰(zhàn)斗部件提前爆炸、引信失去起爆功能或破甲威力大幅度降低，從而達(dá)到保護(hù)坦克的目的。顯然，探測雷達(dá)設(shè)備是否能夠快速、精確地量測目標(biāo)的距離、角度、速度等運動參數(shù)，是否具有目標(biāo)識別能力和抗干擾能力，是否具有良好的電磁兼容性能和低截獲概率特性，是決定整個系統(tǒng)能否有效完成主動防御任務(wù)的先決條件。

1彈丸目標(biāo)特性

主動防護(hù)探測雷達(dá)設(shè)備探測的目標(biāo)主要為反坦克導(dǎo)彈、火箭彈等高速彈丸目標(biāo)。此類目標(biāo)具有速度高、速度非勻速、機(jī)動性高、目標(biāo)散射面具有變化等特征。高速目標(biāo)具有比較高的多普勒頻率反映到雷達(dá)信息的獲取，這會導(dǎo)致速度的模糊以及距離速度耦合失配等現(xiàn)象，因此，選擇合適的信號波形是解決這一問題的有效途徑之一。由雷達(dá)方程可知，雷達(dá)散射面(RCS)的減縮變化對雷達(dá)的作用距離R的縮減呈現(xiàn)4次方根規(guī)律，即：

式中，下標(biāo)0為縮減前的參數(shù)，下標(biāo)1為縮減后的參數(shù)。

高速彈丸目標(biāo)一般具有飛行速度高、非勻速運動、單體旋轉(zhuǎn)飛行等特征，因此，彈丸目標(biāo)的 RCS 起伏特征服從自由度系數(shù) k=2N 的|2分布模型。即

式中,N為脈沖積累數(shù)目，V為RCS的平均值，V為RCS的隨機(jī)變量。

2信號體制和地雜波影響

由上文可知，探測雷達(dá)與所探測目標(biāo)特性是緊密相關(guān)的。要從目標(biāo)回波中獲取目標(biāo)最多而且最確定的信息，就要求雷達(dá)性能及其參數(shù)一定要與雷達(dá)目標(biāo)特性相互達(dá)到最佳匹配，同時還需要一定的雜波處理能力。圖1所示是雷達(dá)檢測目標(biāo)的信號流程圖。

圖1  雷達(dá)檢測目標(biāo)的信號流程圖

一般當(dāng)發(fā)射波形為So(t)時,接收機(jī)的輸入信號為：

式中,k(t)為目標(biāo)沖激響應(yīng)函數(shù)。主動防護(hù)探測雷達(dá)設(shè)備的目標(biāo)信息主要是速度、目標(biāo)距離等信息。因此，當(dāng)發(fā)射信號被散射后,目標(biāo)沖激響應(yīng)函數(shù)k(t)在散射信號中就會疊加目標(biāo)速度信息和目標(biāo)幅頻信息。主動防護(hù)探測雷達(dá)采用帶寬為20MHz的線性調(diào)頻和點頻相結(jié)合的信號體制，利用這種信號體制，可以解決目標(biāo)多普勒速度和距離單元的配對問題。這是因為，如果利用純?nèi)钦{(diào)頻信號，當(dāng)目標(biāo)速度比較高而且非勻速時，目標(biāo)距離和速度將產(chǎn)生嚴(yán)重的耦合失配問題:另一方面，高速目標(biāo)利用地較低的重復(fù)周期測速，也會產(chǎn)生速度模糊現(xiàn)象。為了在很短的系統(tǒng)響應(yīng)時間內(nèi)完成目標(biāo)的檢測，減輕處理器的運算復(fù)雜度，防護(hù)探測雷達(dá)一般采用調(diào)頻模式測距和點頻模式測速方式，圖2所示是雷達(dá)單周期發(fā)射信號圖。

當(dāng)接收系統(tǒng)的沖激響應(yīng)函數(shù)為h(t)時，接收系統(tǒng)終端的輸出信號為：

當(dāng)接收機(jī)輸入端在接收到式⑶所指的目標(biāo)信號的同時,也有地物環(huán)境雜波信號，這樣，接收系統(tǒng)輸出端的信號干擾比(信號S與機(jī)內(nèi)噪聲N加雜波C之比)為：

式中，c(u‘)為環(huán)境與干擾雜波的自相關(guān)函數(shù):No為機(jī)內(nèi)平穩(wěn)白噪聲的功率普密度。

瞬息萬變的戰(zhàn)場特點，決定了主動防護(hù)系統(tǒng)面臨的地物環(huán)境將更加復(fù)雜。而如何從各種雜波信號中提取出彈丸目標(biāo)信號，則是防護(hù)探測雷達(dá)所面臨的首要問題，即提高式(5)的信號干擾比。

在彈丸目標(biāo)特性分析中，可以明確知道彈丸目標(biāo)RCS的起伏變化導(dǎo)致信號幅度較明顯的起伏變化。為了提高目標(biāo)檢測的信噪比，同時考慮到系統(tǒng)響應(yīng)時間短的因素，主動防護(hù)探測雷達(dá)中可使用8點動目標(biāo)檢測MTD算法，信噪比大約可提高9dB左右。另一方面，由于彈丸目標(biāo)高速度、非勻速等特征，會導(dǎo)致MTD動目標(biāo)檢測算法在抑制雜波的同時，造成目標(biāo)信號的損失。為了更好地抑制地物等固定雜波，烘托小目標(biāo)信號，探測雷達(dá)應(yīng)同時使用雜波圖功能。雜波圖可認(rèn)為是區(qū)域CFAR，用參考樣本估計雜波(雜波剩余)電平，這些參考樣本是先前單元檢測中采集而來的，如圖3所示。

實際上，每一個雜波圖單元都落在其邊界內(nèi)(或附近)的雷達(dá)回波(或剩余雜波)會不斷更新。為了保存記憶，單元可使用以下形式的簡單遞歸濾波器來更新：

y(i)=(1-a)×y(i-1)+ax(i)(6)式中，y(i-1)為舊的雜波圖幅度；y(i)為更新的雜波圖幅度；x(i)是當(dāng)前的雷達(dá)輸出；常數(shù)a可決定遞歸濾波器的存儲量。利用雜波圖功能，可使探測雷達(dá)在不同地物環(huán)境下實現(xiàn)雜波門限的自適應(yīng)調(diào)整，以便適合主動反擊系統(tǒng)戰(zhàn)場環(huán)境多樣化的需求。

3結(jié)語

本文簡要討論了目標(biāo)RCS和目標(biāo)速度等目標(biāo)特征，給出了針對此類目標(biāo)特征所設(shè)計的匹配信號體制。最后結(jié)合目標(biāo)RCS變化導(dǎo)致的信號起伏、目標(biāo)速度高以及復(fù)雜地物雜波環(huán)境等特征，探討了主動防護(hù)反擊雷達(dá)系統(tǒng)所采取的部分信號檢測方法。事實上，基于以上認(rèn)識和方法的主動防護(hù)探測雷達(dá)在各類試驗中性能穩(wěn)定、能可靠地探測到高速彈丸目標(biāo)。

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