【海雜波環(huán)境下低慢小目標檢測難點及雷達的裝備管理5700字（論文）】

海雜波環(huán)境下低慢小目標檢測難點及雷達的裝備管理目錄TOC\o"1-2"\h\u16719關鍵詞：低慢小目標；預警雷達；目標檢測 1156981引言 1253162海雜波環(huán)境下的雷達工作場景 2208153海雜波環(huán)境下低慢小目標檢測難點分析 294334572J雷達在海雜波環(huán)境下對低慢小目標的發(fā)現(xiàn)技術分析 3228574.1強雜波抑制技術 3195894.2精細化信號處理技術 6102664.3多頻檢測技術 71745572J雷達在海雜波環(huán)境下的裝備管理要點 7213485.1針對客觀因素的管理要點 7109095.2針對人為因素的管理要點 8186406海雜波環(huán)境下低慢小目標檢測技術發(fā)展趨勢 832827結語 91645參考文獻： 9摘要：首先，在分析低慢小目標特性的基礎上總結了低分辨預警雷達探測此類目標的技術難點。然后以572J雷達為基礎分析了當前在海雜波環(huán)境下對于低慢小目標的檢測發(fā)現(xiàn)技術，并對各方法檢測性能進行了簡要分析。最后，總結提出了針對此類目標檢測技術研究發(fā)展的幾點思考。關鍵詞：低慢小目標；預警雷達；目標檢測1引言“低慢小”目標是指具有低空、超低空飛行，飛行速度小，不容易被偵測發(fā)現(xiàn)等部分特征或全部特征的小型航空器和空飄物。主要包括輕型和超輕型飛機、輕型直升機、滑翔機、三角翼、動力三角翼、動力傘、滑翔傘、熱氣球、飛艇、無人機、航空模型、航天模型、空飄氣球、系留氣球等十余種。它們成本低廉、操控簡單、攜行方便、容易獲取，并且升空突然性強、發(fā)現(xiàn)處置困難，容易被作為運載爆炸物品、投放生化毒劑、散播傳單的工具，嚴重威脅重大活動、重點區(qū)域的安全保障工作。由于常規(guī)武器裝備通常有其局限性，無法對其實施有效防御，防范處置低慢小目標的干擾破壞，成為重大活動安保的難題之一。因此，加強對低慢小目標防御研究具有重要意義。2海雜波環(huán)境下的雷達工作場景雷達對海探測場景下開展研究工作，工作頻率一般為X波段。架設于陸地的探測雷達工作在掃描模式，每個方位都發(fā)射了線性調頻脈沖。由于海面上風速、海浪及其他－－些因素的影響，目標反射的回波淹沒在處于復雜分布的海雜波中。雷達對海探測工作場景如圖2.1所示。圖2.1雷達對海探測工作場景圖2.1的對海探測工作場景下，雷達進行360度掃描，對每個方位進行探測。雷達接收的數(shù)據包括了兩個維度，即方位維和距離維。距離維上的單個脈沖重復周期中，最大探測距離內的所有信息被有序采樣存儲。在接收的回波中，目標信息與海雜波混疊在一起。在實際海洋環(huán)境下，海雜波處于未知的復雜分布，這導致雷達難以感知海況，傳統(tǒng)檢測方法的統(tǒng)計模型難以與實際回波匹配；目標容易被海雜波淹沒，能量弱小、信雜比不高。本章將依托上述場景，開展后續(xù)的建模及實測數(shù)據處理分析研究工作。3海雜波環(huán)境下低慢小目標檢測難點分析難點1：雜波環(huán)境復雜，使得雜波性分析難度大。雜波中雷達目標探測問題，首先要求掌握雜波特性，包括幅度特性、譜特性、非線性特性、時間空間相關特性等。但由于受氣象、地理等諸多環(huán)境因素以及雷達平臺、波段、極化、擦地角、高度、分辨率等參數(shù)影響，使得對雜波特性研究變得極其困難。其次由于實測數(shù)據的缺少，又為雜波中目標探測研究帶來了不小困難。難點2：低信雜比回波及復雜非均勻背景致使檢測難度大。首先，由于低慢小目標飛行高度低，目標回波信號受到強地海雜波干擾、目標信雜（噪）比（signal-toelutter/noiseratio,CR/SNR）大幅降低。其次，由于此類目標RCS較小，致使其回波能量較低并淹沒于各種雜波、噪聲中難以檢測。如何實現(xiàn)在低信雜比的背景下進行目標能量累積對檢測出.低慢小目標具有重要意義。難點3：目標回波多普勒頻率低且與雜波混疊嚴重。由于低慢小目標飛行速度低，致使其回波信.號在多普勒頻率靠近零頻并且與強地物固定雜波以及慢速雜波存在嚴重交疊，經典頻域濾波手段檢測性能嚴重下降，難以完成對其有效探測。如何實現(xiàn)雜波有效抑制并檢測出慢速目標成為對此類目.標檢測的關鍵問題。難點4：檢測算法及檢測性能驗證評估難度大。檢測性能的評估需要完備的實測數(shù)據和相應的工程化處理手段，而不同測試環(huán)境和不同類型的低慢小目標對不同的雷達頻率、極化等參數(shù)的響應均不一樣，很難做出全面的分析與驗證；其次，公開數(shù)據較少，建實測數(shù)據庫需要雷達、低慢小目標、試驗.場地、采集設備、輔助器材等軟硬件建設，及長期系統(tǒng)的觀測與積累，耗時可能數(shù)十年。4572J雷達在海雜波環(huán)境下對低慢小目標的發(fā)現(xiàn)技術分析572J雷達采用先進的全固態(tài)、全相參、脈沖壓縮、頻率捷變的系統(tǒng)體制，采用了雙波束大垂直覆蓋空域的低副瓣天線、徑向功率合成式全固態(tài)發(fā)射機、大動態(tài)微電子化接收機、高穩(wěn)定直接合成式捷變頻頻率源、大時寬非線性中頻數(shù)字波形產生及數(shù)字式頻域處理脈沖壓縮、自適應動目標顯示（AMTD)、光柵顯示全自動錄取終端和天線變頻調速驅動系統(tǒng)和分布式計算機監(jiān)控CAN總線網絡等一系列先進技術，具有優(yōu)良的反偵察、抗干擾、抗摧毀措施抗干擾性能。其在海雜波環(huán)境下對低慢小目標的發(fā)現(xiàn)具有較強的優(yōu)勢。4.1強雜波抑制技術低慢小目標特性決定了大多數(shù)情況下目標處.于復雜的背景中，要面臨強雜波干擾和地面各種運動干擾目標，雷達要探測低慢小類目標，首要問題采取技術手段抑制強雜波和干擾，使得埋沒在強雜波的微弱信號能被檢測出來。角度高分辨有利于從空間上抑制進入雷達的雜波和干擾，但是，角度高分辨意味著窄的雷達波束，雷達波束寬度受到雷達天線孔徑的限制，因此，角度高分辨是有限的，由于目標運動速度較慢，因而允許雷達有較多的時間資源可利用?？梢钥紤]采用距離和速度高分辨技術。4.1.1高分辨、低副瓣天線技術對于低、小、慢目標的探測，宜采用窄的雷達天線波束以及具有低副瓣的雷達天線波束，可以有效地降低地物雜波的影響，一般來說，天線俯仰波束寬度滿足低空目標探測要求即可，方位波束寬度在綜合考慮波束駐留時間和安裝尺寸要求，盡量減小雷達方位天線波束寬度并降低天線的擦地角。雷達進行低空搜索時，強雜波及干擾等極易從副瓣進入而影響雷達工作，從而影響對低空目標的探測。若在雷達天線設計時把打得副瓣降低，可以較好地減少得雜波的影響，提高雷達抗干擾的性能。再者，實現(xiàn)天線方位低副瓣也可以有效減少從副瓣進入的雜波影響。4.1.2距離高分辨技術圖4.1為地物雜波的示意圖。圖4.1雷達波束照射海面的幾何圖形從圖1可以計算出照射面積（1）則該照射面積的雷達的截面積為：（2）從式（2)可以看出，雜波面積是波束寬度與距離分辨單元的乘積，雷達波束寬度越窄，雜波面積越小，雜波強度越低，距離分辨單元越小，雜波面積就越小，雜波強度越低。因此，需要從天線波束和距離分辨單元兩個方面降低進入接收通道的雜波信號強度。距離分辨，雷達可以采用高距離分辨單元以實現(xiàn)對小目標的檢測，由于目標運動速度較慢，因而允許雷達有較多的時間資源實現(xiàn)對大量距離單元目標的檢測處理，可以考慮采用距離高分辨來抑制強地物雜波。雷達距離分辨單元越小，雜波強度越小，越容易實現(xiàn)在雜波中檢測。雷達還必須在距離上分離目標和干擾。距離高.分辨的另一個作用是使得在－一個距離分辨單元內的干擾目標的數(shù)量減少；例如在目標的下方可能是公路，有很多地面運動物體，分辨率高時，則目標與地面運動物體重疊的可能性大為降低，可便于目標區(qū)分。4.1.3高速度分辨技術低小慢目標的運動速度很慢，與雜波中重疊在－－起，必須在強雜波中提取慢速運動目標。需要在.頻率域實現(xiàn)目標與雜波的分離。在有風的情況下，地物雜波和海雜波都有一定的運動，以σ代表雜波速度分布的均方根值，表4.1給出σ的一些統(tǒng)計數(shù)據。表4.1雜波譜的標準差在陸地和城市環(huán)境中，主要雜波還是有樹的山或者有樹的樓房和街道，這些類型雜波的速度均值一般小于1m/s。雷達速度濾波器的寬度需要為0.5m/s，在陸地和城市環(huán)境中，就可以檢測V=2m/s以上的目標。圖4.2低速目標與雜波的關系圖4.2為雷達系統(tǒng)跟蹤低空運動的小反射球的實測頻譜數(shù)據，反射球的運動速度為3m/s左右，從圖中可以看出，目標和雜波在頻譜.上可以明顯區(qū)分出來。利用速度高分辨可以實現(xiàn)對目標的探測。雷達系統(tǒng)要實現(xiàn)速度高分辨，需要較長的相參積累時間，從雷達系統(tǒng)體制來說，采用寬發(fā)窄收技術可有效實現(xiàn)長時間積累和發(fā)射能量的充分利用。4.2精細化信號處理技術雷達要檢測的目標帶有一一定的速度，一般采用MTD的方法對雜波進行抑制，檢測動目標，但是，動目標速度較低，容易受到雜波或干擾的影響，需要對回波信號進行精細化處理，提高回波信號的雜信比。窄帶濾波器組是MTD處理的核心，其性能直接決定MtD的性能，實現(xiàn)方法－一般有快速傅里葉變換FFT法和有限沖擊響應FIR橫向濾波器兩種方法。FFT是常規(guī)信號濾波器組實現(xiàn)技術，F(xiàn)FT的階數(shù)要求是2的整數(shù)冪，且無法控制零點的深度和寬度，使得FFT的實現(xiàn)方法很難實現(xiàn)對低速強干擾信號和雜波的抑制。使用FIR是一一種靈活和方便的方法，可根據特殊的要求，采用比FFT更有效和更靈活的設計方法得到濾波器特性；可以分別設計不同濾波器組，靈活應對不同的雜波速度分布；可以根據不同環(huán)境情況改變?yōu)V波器系數(shù)，使之與關心目標的匹配程度提高，改善信噪比，通過設置零頻附近的凹口深度，滿足動目標改善因子的設計，使之對地物目標和慢速目標也有較好抑制，提高對弱小運動目標的檢測能力。4.3多頻檢測技術在探測低空目標時，信號加強還是衰落取決于一個與頻率和雷達、目標、反射點的相對位置有關的變量，其回波信號功率也是時變的，無法保證低空目標的可檢測性。采用頻率分集方法可以達到平均意義上的檢測概率，采用多個頻率的MN檢測器，適當選取M和N以保證檢測概率。則對于MIN檢測器，其總的檢測概率為：在相同SNR下，隨著M的增加，自由空間和多徑條件下的檢測概率上升，雷達系統(tǒng)在一些距離段上由于多徑效應，回波信號比直達波信號幅度增強，增強目標回波信號能量，有助于目標檢測。因此，多徑條件下檢測概率.上升的幅度要大些，這就說明在多徑條件下利用M/N檢測器降低對雷達功率口徑的要求。MN檢測器中，當N值和虛警概率確定時，M值的大小影響檢測概率的大小，影響檢測性能，如何選取最優(yōu)的M值是至關重要的。M的最優(yōu)值可以在適當?shù)慕y(tǒng)計假設下通過評價每個可能M值（1≤M≤N）的相對檢測效率獲得。5572J雷達在海雜波環(huán)境下的裝備管理要點5.1針對客觀因素的管理要點受工作特點影響，572J型雷達在遇到惡劣天氣時如果防范不到位，較容易發(fā)生故障，具體表現(xiàn)有:大風使天線架松動、變形;暴雨使天線各部分及饋線進水;冰凍使天線轉動系統(tǒng)嘣脆、失靈;潮濕使各分機短路或接觸不良等。這樣的惡劣天氣我們無法控制，但從預防性角度出發(fā)，日常維護和及時的維修可把故障、事故降到最低，相關做法有:(1)布置安裝合格的防雷裝置，并保證接觸良好，而且要經常檢查防雷模塊好壞，操作人員也要熟知防雷常識，確保人機安全。(2)經常性注重維護外部天線部件。及時獲取天氣信息，在惡劣天氣來臨之前要及時檢查天線裝置各螺絲是否緊固;惡劣天氣過后，也須進行檢查維護，以減小風阻及雨天積水。(3)南方山地雨水多，暴雨更是頻繁，所以天線各部分進水的概率比北方大，要注意檢查天線各接觸點的防水膠墊是否密封，螺絲是否上緊，以免有漏水現(xiàn)象;在寒冷冬季，當遇冰凍時要及時清除冰凌，平時常在天線轉動部位加專用.的潤滑油:在潮濕時間操作室內應打開除濕機絳濕，平時保持各分機清潔，以防塵埃遇濕汽導致電路板短路。5.2針對人為因素的管理要點客觀因素是筆者無法改變的，但是可通過預防及補救來提高裝備維護效果，采取相關防御性維護措施可以使人為不正確操作杜絕，具體做法有:(1)雷達操作人員必須熟練掌握該L波段雷達操作規(guī)程，并嚴格按規(guī)程操作，確保裝備處于合理操作步驟。(2)當使用手輪進行手動控制天線轉動時，轉動速度要盡量均勻，不能忽快忽慢，更不能突然停止，負責易造成齒輪間縫隙加寬，導致誤差增大和齒輪損壞。(3)類似饋線打火故障屬于漸變性故障，其特點是從故障發(fā)生到引起雷達裝備明顯低效或停機有個過程，因此，裝備技術人員要與操縱員一起，嚴格落實裝備“三檢查”的內容和方法，認真對照準備日/周1月維護內容、要求和流程，嚴抓裝備日常維護與保養(yǎng)，并結合型號實際，認真分析梳理，撰寫操作心得和體會，歸納總結出一套較全面規(guī)范的檢查維護方法。6海雜波環(huán)境下低慢小目標檢測技術發(fā)展趨勢總的來說，雷達對海探測技術的發(fā)展趨勢可從兩個方面進行概括：多維度信息的融合利用和多手段融合處理。融合利用多維度信息，可對回波信號進行更精細化描述，改善檢測、估計、識別、評估和決策的性能。這些信息包括目標信息、背景信息以及雷達信號資源三部分。目標信息是指目標的RCS起伏特性、相關特性、運動學特性、變換域特征、非線性特征、微多普勒特征等；背景信息是指背景的電磁散射特性、統(tǒng)計分布特性、相關特性、變換域譜特性、非線性特性等；雷達信號資源是指雷達發(fā)射信號本身所具有的空域信息（陣元間、雷達間）、時域信息（脈間、幀間）、譜信息、波形信息（波形形式）、極化信息、頻率信息、波段信息等。融合多種處理手段，有利于充分利用各層次信息，改善檢測、估計、識別、評估和決策的性能。多處理手段的融合包括：(1）相參積累與非相參積累相結合，例如短時間相參+長時間非相參等；(2）低分辨與高分辨相結合，例如低分辨搜索+高分辨確認等（3）自適應處理與知識輔助相結合，以便于融合多源信息；(4）統(tǒng)計處理與非線性處理相結合，以便于確定非線性特征的判別區(qū)域；(5）檢測問題與分類問題相結合，將檢測問題轉化為二元