第第頁TR-R2多站雷達系統(tǒng)的近程應用分析與仿真本文將寬帶FMCW發(fā)射波形引入近程TR-R2多站雷達系統(tǒng)，利用FMCW雷達信號的高分辨率特點，分析了近程TR-R2系統(tǒng)的目標定位，提出了利用回波信號頻譜估計細柱狀目標長度的方法，并導出了計算目標長度的解析公式.速度矢量在目標探測與分析中，尤其是在近程目標的識別中具有重要的意義.本文首次分析了TR-R2系統(tǒng)中目標速度的測量方法并給出了算法公式.文中對系統(tǒng)性能進行了較全面的分析與仿真.

關鍵詞:多基地雷達；調頻連續(xù)波；系統(tǒng)分析

AnalysisandSimulationfortheShortRangeApplicationofTR-R2MultistaticRadarSystem

WEIChong-yu,XUShan-jia,WANGDong-jin

(UniversityofScienceFMCW;systemanalysis;simulation

一、引言

多站雷達具有許多適應現(xiàn)代戰(zhàn)爭環(huán)境的獨特優(yōu)點，所以近年來重新獲得人們的重視.然而，以往這方面的研究［1～3］大都是針對遠程應用.對多站雷達近程應用的研究很少.對于那些目標密度低，目標形狀簡單(一般為細柱狀)，但要求系統(tǒng)反應速度快的近程應用場合(作用距離在3km以內(nèi))，怎樣高速地對目標幾何中心定位，分析目標特性并估計目標尺寸；如何分析系統(tǒng)對目標的探測精度；多站系統(tǒng)該如何布局等等，都是尚未很好研究的實際問題.本文將分析TR-R2多基地雷達系統(tǒng)的近程應用.

高線性度FMCW發(fā)射波形具有高分辨率特點，雷達系統(tǒng)采用寬帶高線性度FMCW發(fā)射波形時能夠實現(xiàn)對目標的高精度定位.但單純的FMCW信號會發(fā)生嚴重的時延和頻移耦合，從而使FMCW信號不能發(fā)揮應有的效能.同時這種信號的匹配濾波也會因多卜勒失真而變差.當目標速度v＜0.1c/TB(c為光速，T為信號時寬，B為信號帶寬)時，這種影響可以忽略［4］，然而，對于大時寬帶寬信號(如時寬1ms，帶寬500MHz)，且目標速度較高時，上述條件一般不再滿足.另外，單頻脈沖是一種簡單的發(fā)射波形，其信號處理容易，頻移測量精度高且與時延不發(fā)生耦合，很適合于用來測量目標速度.為此本文將FMCW信號與單頻脈沖信號兩者的優(yōu)點結合起來，采用兩種波形交替發(fā)射，對目標回波綜合處理的辦法完成時延與頻移的解耦，從而構成了一種能充分發(fā)揮FMCW信號效能，同時實現(xiàn)高精度定位與測速的新方法.系統(tǒng)發(fā)射信號的頻率關系如圖1所示.

圖1發(fā)射頻率變化規(guī)律

在0-T1時段內(nèi)系統(tǒng)發(fā)射單頻脈沖，完成多卜勒頻移測量.在T1-T時段內(nèi)，系統(tǒng)發(fā)射高線性度FMCW信號，接收機根據(jù)0-T1時段的頻移測量，在回波信號中扣除頻移影響，完成時延的高精度測量，實現(xiàn)目標幾何中心定位，而后利用回波譜寬估算細柱狀目標長度，并求出目標速度矢量.

文中假定測量周期T在ms量級，在這段時間內(nèi)近似認為目標速度是不變的.同時考慮系統(tǒng)的實時性要求，本文將不討論目標細節(jié)的識別，而是根據(jù)近程環(huán)境特點僅僅估計細柱狀目標長度.文中所采用的算法也都是能一次完成計算的解析算法.

二、幾何中心定位算法

多站系統(tǒng)的幾何布局如圖2所示.在T1-T時段內(nèi)，t時刻的發(fā)射頻率為

νT=ν0+kt(1)

t時刻經(jīng)目標幾何中心到達Si的信號頻率為

(2)

式中RT,Ri分別為目標幾何中心與ST及Si的距離，k為FMCW線性調頻的速率.t時刻直達Si的信號頻率為

(3)

RTSi為發(fā)射機直達Si的距離.假設已根據(jù)0-T1時段測出的目標多卜勒頻移，并在式(2)、(3)中扣除了該頻移的影響.這時，Si對νTSi與νTOSi進行相關處理，求得頻差νdi

(4)

圖2多站雷達系統(tǒng)布局

圖3多站系統(tǒng)的收發(fā)頻率關系

假設目標坐標為(x,y,z)，發(fā)射機布在S3處.并設di為LTi與LT3之差，即

di=LTi-LT3=Ri-R3,i=1,2,3(7)

根據(jù)距離關系，將站坐標Si(xi,yi,zi)和目標坐標代入式(7)展開整理并求解可得

rh=［xy］T=W-1(β-d)

ra=［xyz］T=［f1(η)f2(η)f3(η)］T(8)

式中a=1+dTWTW-1d；

b=2rTh3W-1d-2dTW-TW-1β-2z3;

c=βTW-TW-1β-2rTh3W-1β-β3,

x3j=x3-xj,y3j=y3-yj,z3j=z3-zj,j=1,2

β3j=0.5(d2j+2dj