基于单脉冲雷达的多目标检测技术研究

李万鹏+张磊

【摘要】 单脉冲雷达测角精度高，广泛应用在对目标的跟踪，但是当单脉冲雷达对多个目标落在同一距离分辨单元和同一波束内时，难以对多个目标进行区分。本文通过分析单脉冲雷达的测角原理，以及目标响应分析，浅析单脉冲雷达的多目标检测算法。

【关键字】 单脉冲雷达 测角 多目标

一、单脉冲雷达概述

雷达探测的主要目标是对目标测距和测角，单脉冲雷达在测角方面精度较高，非常适用于目标跟踪，通常应用在导航和制导等领域。单脉冲雷达根据测角方式的不同可以分为比幅测角和比相测角两种类型。

1.1振幅和差式比幅测角

振幅和差式比幅测角采用的方向图处于天线轴的两个对边的一对波束，其中相对于轴有奇对称的差通道波束和偶对陈的和通道波束。可以近似认为在一个角平面内，雷达天线接收到两个波束，并且两个波束存在重叠部分。两个波束同时接收到目标的回波信号，两个目标的回波信号通过和差变换器可以输出高频和、差信号。和、差信号经过混频器降频后得到中频信号，利用放大器将信号放大处理，和信号可以用于观察和测距，差信号可以用于测量角误差，和、差信号之间的相位差可以确定目标的偏移方向。

1.2相位和差式比相测角

相位和差式比相测角采用并列的天线或者阵列天线的不同的部位接受具有不同相位的波束，利用间距几个波长的天线孔径发射波速，每个天线发生一个波束，并且波束以天线轴为对称轴。当发射的两个波束指向相同时，两个波束的回波波幅也相同。当存在一定的角误差时，产生的两个回波会具有一定的相位差，相位差是由于波程差产生的。采用误差电信号作为控制信号来驱动天线驱动系统，可以控制天线波束的转动，实现角度的自动跟踪。

二、单脉冲雷达目标响应分析

单脉冲处理器是单脉冲雷达的关键部件，用来处理来自同步天线方向图的电压信号，并产生归一化单脉冲输出。信号的和、差分别用S、D表示。当雷达波束内只存在单一的目标时，D、S两个矢量的相位差为0o或180o。D/S只有实数部分输出，此时

其中，θBW为天线方向图的3dB的波束宽度，km为单脉冲雷达的误差斜率。

雷达在跟踪目标时，多数情况下是跟踪多个目标，单脉冲处理器接收的信号来源于多个不可分辨目标。在不可分辨目标的情况下，差电压D和和電压S的比值为复数。当目标不可分辨时，雷达产生基于合成和、差信号的单一指示角，但是由于起伏和相对运动等原因，指示角会随着目标相对幅度和相位的变化为抖动，造成雷达跟踪目标异常甚至失败。不可分辨的目标还会影响目标检测，影响目标检测率。

三、单脉冲雷达多目标检测与分辨算法

单脉冲雷达在处理多目标检测时，难以保证多目标的分辨率和达到角的正确估计，采用多目标检测及分辨算法对回波信号进行处理，可以实现多目标的检测与分辨。典型的多目标检测和分辨算法有矩匹配角估计角分辨算法和最大似然角分辨算法，矩匹配角估计算法的局限性在于只能实现两个目标的检测与跟踪，最大似然角分辨算法理论上可以估计多个目标的到达角，但是每增加一个目标都会提高计算量，难以满足实时性的要求。并且两种算法都需要目标信噪比作为先验信息。

基于信噪比估计的多目标分辨算法，首先对回波信号进行目标检测，判断每个采样点数据是来自单个目标回波还是多个目标合成的信号回波；然后选取其中单个目标回波采样数据点，联合多次回波数据估计单给目标信噪比；采用合成信号回波的采样数据点，获得两目标的总信噪比，结合单目标信噪比，可以获得另一目标的信噪比估计值，以此类推；最后采用矩匹配算法达到目标达到角的估计值。雷达可以通过其中单个目标的采样点来计算单目标信噪比作为先验信息，在结合合成信号的回波采样点数据，实现对多个目标源的检测和分辨。

参 考 文 献

[1]李皓.基于单脉冲雷达的多目标检测方法与仿真[D].北京理工大学，2016.

[2]李军.扩展目标的雷达检测技术及其应用研究[D].国防科学技术大学，2011.

[3]曾永钢，杜晓宁，王永亮，赵美丞. 单脉冲雷达导引头多目标检测研究[J]. 兵器装备工程学报，2016，05：111-114.