TR-R2多站雷达系统的近程应用仿真与分析

本文将宽带FMCW发射波形引入近程TR-R2多站雷达系统，利用FMCW雷达信号的高分辨率特点，分析了近程TR-R2系统的目标定位，提出了利用回波信号频谱估计细柱状目标长度的方法，并导出了计算目标长度的解析公式.速度矢量在目标探测与分析中，尤其是在近程目标的识别中具有重要的意义.本文首次分析了TR-R2系统中目标速度的测量方法并给出了算法公式.文中对系统性能进行了较全面的分析与仿真.

关键词:多基地雷达;调频连续波;系统分析

Analysis and Simulation for the Short Range Application of TR-R2 Multistatic Radar System

WEI Chong-yu,XU Shan-jia,WANG Dong-jin

(University of Science Techndogy of China,Hefei 230027,China)

Abstract:The FMCW is introduced into short range TR-R2 multistatic radar system and an analysis is given,for locating the geometric center of a thin cylindrical target in short range using the high resolution of the wideband FMCW signal.A method and its analytical expressions for calculating the length of the target using echo spectrum are presented.Target velocity measurement is of important significance for target detection and analysis,especially for recognizing a target in short range.In this paper,an algorithm for measuring target velocity with TR-R2 system is analyzed for the first time,and formulae for the calculation of velocity are shown.System performances are discussed and simulated with the present algorithm.

Key words:multistatic radar;FMCW;system analysis;simulation

一、引　　言

多站雷达具有许多适应现代战争环境的独特优点，所以近年来重新获得人们的重视.然而，以往这方面的研究[1～3]大都是针对远程应用.对多站雷达近程应用的研究很少.对于那些目标密度低，目标形状简单(一般为细柱状)，但要求系统反应速度快的近程应用场合(作用距离在3km以内)，怎样高速地对目标几何中心定位，分析目标特性并估计目标尺寸;如何分析系统对目标的探测精度;多站系统该如何布局等等，都是尚未很好研究的实际问题.本文将分析TR-R2多基地雷达系统的近程应用.

高线性度FMCW发射波形具有高分辨率特点，雷达系统采用宽带高线性度FMCW发射波形时能够实现对目标的高精度定位.但单纯的FMCW信号会发生严重的时延和频移耦合，从而使FMCW信号不能发挥应有的效能.同时这种信号的匹配滤波也会因多卜勒失真而变差.当目标速度v0.1c/TB(c为光速，T为信号时宽，B为信号带宽)时，这种影响可以忽略[4]，然而，对于大时宽带宽信号(如时宽1ms，带宽500MHz)，且目标速度较高时，上述条件一般不再满足.另外，单频脉冲是一种简单的发射波形，其信号处理容易，频移测量精度高且与时延不发生耦合，很适合于用来测量目标速度.为此本文将FMCW信号与单频脉冲信号两者的优点结合起来，采用两种波形交替发射，对目标回波综合处理的办法完成时延与频移的解耦，从而构成了一种能充分发挥FMCW信号效能，同时实现高精度定位与测速的新方法.系统发射信号的频率关系如图1所示.

图1　发射频率变化规律

在0-T1时段内系统发射单频脉冲，完成多卜勒频移测量.在T1-T时段内，系统发射高线性度FMCW信号，接收机根据0-T1时段的频移测量，在回波信号中扣除频移影响，完成时延的高精度测量，实现目标几何中心定位，而后利用回波谱宽估算细柱状目标长度，并求出目标速度矢量.

文中假定测量周期T在ms量级，在这段时间内近似认为目标速度是不变的.同时考虑系统的实时性要求，本文将不讨论目标细节的识别，而是根据近程环境特点仅仅估计细柱状目标长度.文中所采用的算法也都是能一次完成计算的解析算法.

二、几何中心定位算法

多站系统的几何布局如图2所示.在T1-T时段内，t时刻的发射频率为

νT=ν0+kt　(1)

t时刻经目标几何中心到达Si的信号频率为

　(2)

式中RT,Ri分别为目标几何中心与ST及Si的距离，k为FMCW线性调频的速率.t时刻直达Si的信号频率为

　(3)

RTSi为发射机直达Si的距离.假设已根据0-T1时段测出的目标多卜勒频移，并在式(2)、(3)中扣除了该频移的影响.这时，Si对νTSi与νTOSi进行相关处理，求得频差νdi

　(4)

图2　多站雷达系统布局

图3　多站系统的收发频率关