多普勒波束锐化及其应用研究

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1、多普勒波束锐化及其应用研究论文导读：并且计算负荷较低的成像模式多普勒波束锐化(DBS)被广泛应用于火控雷达中。为了获得高波束锐化比。某型火控雷达是一部多功能、全相参的脉冲多普勒雷达。关键词：脉冲多普勒雷达，多普勒波束，锐化比现代战斗机往往担负着多种任务，一般都采用脉冲多普勒火控雷达。为了实现对地面场景的二维高分辨率成1，一种可以在前侧视大范围扫描条件下进行成像，并且计算负荷较低的成像模式多普勒波束锐化(DBS)被广泛应用于火控雷达中。采用该项技术后，在距离不变的条件下，分辨能力可以得到数十倍的提高。1多普勒波束锐化技术1.1基本原理多普勒波束锐化的基本原理就是将一个天线的真实波束，在方位

2、上分割成若干子波束，由于各子波束与雷达载体速度矢量的夹角不同，因而各子波束照射的目标相对于雷达的径向运动速度亦不同，从而导致了各子波束所照射的目标间的多普勒频率差异。如图1所示，假定雷达以载机速度沿水平方向(X轴)作匀速直线飞行，雷达波束3dB方位宽度，雷达波束视线指向与地面交点为P,与载机速度矢量的夹角(即斜视角)为e,方位角为，俯仰角为。在匸o时刻，雷达位于a点，它与P点之间的斜距为R0,在t时刻雷达运动到B点，到P点的斜距为R(t)b根据余弦定理，可从三角形ABP中求出任意瞬间t时刻雷达到P点的斜距：图1波束锐化成像的几何关系(1)将上式在t=0点作泰勒级数展开，可以得到：(2)当

3、ROvt时，可略去高次项，仅取前三项得到：(3)由双程波程引起的回波相位变化为：(4)式中，为雷达工作波长。对上式求导就可以得到t时刻P点回波的多普勒频率：(5)由图1所示的几何关系可以得到斜视角与方位角和俯仰角的关系为，将该式带入(5)式得：(6)上式表明：在雷达波束照射区城内，距离相同但方位不同的散射体所产生的回波信号具有不同的多普勒频率fd;距离R0、方位一定的散射体，其多普勒频率fd又是时间t的线性函数，随着t的增大，多普勒频率fd线性降低。论文发表。它们之间的关系如图2所示，其中Td为积累时间。若在频域内设置一个窄带滤波器组，使各个窄带滤波器的中心频率和带宽都与相应各子波束中心

4、方位线的多普勒频率和子波束覆盖的多普勒频率一一对应，就可区分天线真实波束覆盖的（方位）角度内距离相同而方位不同的各子波束照射的目标回波信号，从而达到改善方位分辨率的目的。图2fd与和t的关系曲线由以上分析可知，DBS技术正是利用了回波中的多普勒信息，通过频域的高分辨率处理，等效地对真实天线波束进行分割，这正是人们称之为多普勒波束锐化的原因。1.2波束锐化比对天线真实波束进行锐化，锐化比的大小就是真实的波束宽度与分割后的子波束宽度之比。根据回波积累时间Ta的不同，波束锐化可以分为低锐化比和高锐化比两种情况。当回波积累的时间比较短，不同重复周期回波的多普勒频率fd随t的线性变化没有超岀单个多

5、普勒窄带滤波器的带宽范围，可以不进行补偿而直接相加。在这种情况下多普勒窄带滤波器的带宽比较大，于是相应的子波束的宽度也较大，因此锐化比较低。与低锐化比的波束锐化相对应，在对不同重复周期的回波进行积累时，对随时间t作线性变化多普勒频率fd进行补偿，使补偿后频率不随t而变化，这时相应的多普勒窄带滤波器的带宽可以做得很窄，而且积累时间也比较长，此时就可以达到很高的波束锐化比。1.3频率补偿为了获得高波束锐化比，必须进行频率补偿。如图3所示，首先采用一个频率可变的本振同接收到的含有多卜勒频率的视频回波进行混频，本振频率随时间变化的斜率应当等于散射体回波中多普勒频率变化的斜率，从而使得混频器输岀为

6、对应于不同散射体的一组固定的频率，再通过一个多普勒滤波器组即可以将它们分辨开。当雷达工作在低锐化比状态时，由于积累和处理时间很短，在整个积累和处理期间内，一个散射体的多普勒频率变化不会超过一个多普勒滤波器的频率范围。论文发表。这样，不必进行频率补偿，采用一般本振和适当设计的多普勒滤波器组即可实现频率分辨。图3频率补偿原理框图2DBS的信号处理过程如图4所示，经过正交相位检波后的中频回波信号由A/D变换成数字信号进入输入缓存。由于采用波束锐化技术，沿方位方向的分辨率是通过对每一距离上的回波信号进行多普勒分割而获得的，因此，从输入缓存区取出的信号是落入同一距离门内且间隔为脉冲重复周期的回波信

7、号。输入缓存区的设计主要为保证具有不同速度的存入和取出应保持正确的相对关系。预滤波的目的在于降低对数字处理器的要求。由此可以采用缓冲电路，让回波数据高速存储进入，低速取出，只要取出周期不大于脉冲重复周期即可，这样对存储量和运算速率的要求可以降低。波束锐化滤波器事实上就是由FFT所等效的一个多普勒滤波器组，它可以根据各子波束回波的多普勒频率的不同来区分开各子波束所对应的回波，从而实现波束的分割，达到提高雷达方位分辨能力的目的。为了提高