摘 要： 討論了主目標(biāo)距離與干擾目標(biāo)截面積之間的關(guān)系,，結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用，建立了干擾目標(biāo)與主目標(biāo)截面積比值,，即主目標(biāo)距離的數(shù)學(xué)模型,。解決了主目標(biāo)在不同距離時(shí)干擾程度的問題，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析,。
關(guān)鍵詞： 地面探測(cè)雷達(dá),；CFAR；遮擋,；干擾模型
噪聲與雜波是雷達(dá)工作的固有環(huán)境,，地面探測(cè)雷達(dá)要求在復(fù)雜的雜波與噪聲背景下，保持恒定的虛警概率完成對(duì)動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè),，現(xiàn)代動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)雷達(dá)大部分都采用參考單元(距離維),、恒虛警率(CFAR)處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)[1-2]。在大多數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合下,，由于CFAR在參考單元滑窗統(tǒng)計(jì)噪聲時(shí)不可避免地存在雜波邊緣與多目標(biāo)干擾,，尤其是近距離目標(biāo)干擾，從而導(dǎo)致CFAR性能嚴(yán)重下降,，甚至主目標(biāo)被“遮擋”。
目前已經(jīng)有大量文獻(xiàn)[3-4]對(duì)CFAR技術(shù)在多(大)目標(biāo)干擾環(huán)境下的檢測(cè)性能進(jìn)行了分析,，并且得出CFAR技術(shù)在多目標(biāo)環(huán)境中檢測(cè)性能變差的結(jié)論,；也有文獻(xiàn)[5]對(duì)當(dāng)CFAR技術(shù)失效時(shí)的干擾程度進(jìn)行了一定的研究，但該文獻(xiàn)[5]涉及的是一種理想狀態(tài),，是基于各參考單元干擾目標(biāo)的回波幅度一致的基礎(chǔ)上進(jìn)行的討論,，沒有考慮因距離不同而引起的干擾強(qiáng)度的差異，因此只適用于主目標(biāo)處于較遠(yuǎn)距離時(shí)刻,。
本文就CA-CFAR和最小選擇(SO)CFAR兩種經(jīng)典處理方法,，結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用，對(duì)目標(biāo)干擾模型進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)與建模,。給出了在雷達(dá)探測(cè)范圍內(nèi),，主目標(biāo)被“遮擋”時(shí)干擾目標(biāo)有效反射面積與距離之間的函數(shù)關(guān)系式,，并對(duì)該數(shù)學(xué)推導(dǎo)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
1 CFAR技術(shù)介紹
CFAR檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。輸入的數(shù)據(jù)通過相參積累(FIR或FFT)處理后,，為了減少系統(tǒng)損失提高多目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率，通常對(duì)各頻道號(hào)信號(hào)分別做CFAR處理,，圖1描述的就是某一頻道號(hào)進(jìn)行濾波的結(jié)構(gòu)框圖,。為了防止主目標(biāo)信號(hào)泄露，通常在主目標(biāo)前后相鄰參考單元不參與噪聲估計(jì),，圖中Z1與Z2分別為主目標(biāo)的前后m個(gè)單元的雜波噪聲平均值,，函數(shù)f(Z1、Z2)是對(duì)Z1,、Z2進(jìn)行進(jìn)一步處理(求平均或選大或選小等),，完成雜波噪聲估值。
本文主要討論主目標(biāo)被其他大目標(biāo)“遮擋”的問題,，越靠近雷達(dá)的目標(biāo)對(duì)主目標(biāo)干擾程度越嚴(yán)重,。所以主目標(biāo)的前沿參考窗影響更為嚴(yán)重，而且參考單元中第一個(gè)參考單元的干擾目標(biāo)影響最大,，特別是在近距離處,，雷達(dá)回波的信噪比很高，并且常常采用STC(靈敏度時(shí)間控制)來滿足A/D采樣動(dòng)態(tài)以及收發(fā)機(jī)的動(dòng)態(tài)要求,，這樣近距離噪聲將非常小,。因此為了簡(jiǎn)化計(jì)算以及便于仿真，故選擇干擾最嚴(yán)重的情況進(jìn)行討論,，即假設(shè)某相同頻道號(hào)的干擾目標(biāo)都集中在最靠近雷達(dá)的參考單元內(nèi),，并且假設(shè)參考單元內(nèi)的噪聲與D比值為零，則式(5)可簡(jiǎn)化為：
3 計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)與分析
針對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)及分析,，由于該數(shù)學(xué)模型是基于地面探測(cè)雷達(dá)工程實(shí)現(xiàn)過程推導(dǎo),，因此在仿真試驗(yàn)中對(duì)某些參數(shù)做如下假設(shè)：雜波和噪聲的幅度為瑞利分布，雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的虛警概率Pfas=10-6,，脈沖寬度為0.2 μs,，參考單元數(shù)m依次取值為8、16和32三種參數(shù),，近距離盲區(qū)參數(shù)k取5,。
圖2所示為基于CA-CFAR處理方法的干擾模型，Δδ為干擾目標(biāo)與主目標(biāo)的截面積比值,，R為主目標(biāo)所處距離,。當(dāng)主目標(biāo)在某一距離時(shí)，干擾目標(biāo)比主目標(biāo)至少大多少時(shí)可能“遮擋”主目標(biāo),。圖中目標(biāo)的干擾情況在近距離表現(xiàn)得更為復(fù)雜,，剛開始干擾目標(biāo)要比主目標(biāo)大很多(m=32時(shí),，Δδ大約為20 dB)才可能導(dǎo)致主目標(biāo)被“遮擋”。隨著距離的增加,，兩者截面積比值?駐?滓曲線也在不斷下降,，此時(shí)主目標(biāo)變得很容易被“遮擋”(m=32時(shí)，Δδ最小將近-25 dB),。由于該距離段比較短,，當(dāng)距離達(dá)到150(m+k+1)τ時(shí)，干擾程度逐漸減弱,，截面積比值Δδ曲線快速上升,。圖中可以看出，在近距離干擾最嚴(yán)重的距離段,，一個(gè)小目標(biāo)就可能導(dǎo)致雷達(dá)“漏警”,。
圖3所示為SO-CFAR處理模型時(shí)截面積比值Δδ與距離R的關(guān)系曲線圖，從圖中可以看出,，隨著距離增加,，曲線呈下降趨勢(shì)，到幾公里后曲線趨于穩(wěn)定,，此時(shí)由于距離的差異而產(chǎn)生的的影響不大,。
由圖2、圖3可以看出SO-CFAR模型比CA-CFAR模型的抗干擾能力更強(qiáng)(特別是近距離),，這也與眾多的文獻(xiàn)[7]研究結(jié)果相同,。參考單元較多時(shí)，對(duì)于噪聲功率估計(jì)更穩(wěn)定,，而且抗干擾能力較強(qiáng),，但是所涉及的距離越長(zhǎng)越可能引入更多的干擾目標(biāo)，同時(shí)參考單元越多所涉及的硬件開銷越大,。因此在工程應(yīng)用中要綜合考慮參考單元的數(shù)目,。圖2中也容易看出CA-CFAR處理方法，主目標(biāo)在2 km以內(nèi)很容易被干擾目標(biāo)“遮擋”,，由于式(2)中回波功率正比于目標(biāo)有效截面積(Pr∝δ),，因此可參考圖2曲線，在原有的STC電路上,，精心設(shè)計(jì)其控制曲線來降低近距離目標(biāo)被干擾的可能性，提高目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率,。
本文不僅從理論上,，更側(cè)重的是從工程實(shí)現(xiàn)的角度對(duì)問題進(jìn)行建模、分析,，結(jié)合CA-CFAR與SO-CFAR處理技術(shù),，針對(duì)地面探測(cè)脈沖雷達(dá)進(jìn)行研究,，分析了目標(biāo)距離與干擾目標(biāo)之間的關(guān)系，并且進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析,，對(duì)從事雷達(dá)總體設(shè)計(jì)以及信號(hào)處理的研究起到一定的借鑒意義,，也為雷達(dá)整機(jī)野外調(diào)試實(shí)驗(yàn)起到一些指導(dǎo)作用。
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