[发明专利]用于扩展距离一多普勒作用范围的雷达/声纳系统概念

说明书

发明领域

本发明是一个波形/信号处理原理，它用与发射波形的时间-带宽乘积相关的一个因子消除了雷达或声纳系统的距离及多普勒模糊。对到目标的距离的测量是通过测量每个所发射脉冲与来自目标的回波的到达点之间的时间延迟而实现的。对速度的测量是通过测量脉冲之间的回波的相位变化即目标的多普勒频移而计算出的。模糊度导致一种或这两种测量都依赖于雷达或声纳的脉冲重复频率(PRF)。

背景技术

虽然本发明既适用于雷达跟踪系统也适用于声纳跟踪系统，但为易于说明起见，将参照雷达系统对本发明进行说明。

在雷达系统设计中的一个重要决定是选择PRF或是其倒数即脉冲重复间隔(PRI)。这种决定会影响距离及/或多普勒模糊，这种模糊会依次影响一些性能如a)雷达对目标的定位及跟踪、b)用于搜寻及跟踪雷达所需的杂波干扰抑制，以及c)合成孔径雷达(SAR)的交叉距离分辨率及航迹宽度。对PRF的选择将所述系统划分为低PRF雷达系统、中PRF系统或高PRF系统。

低PRF雷达被定义为一种具有足够低的PRF的雷达，其第一个距离模糊比最大的先行目标检测距离大，所以不会引起距离模糊。通常在与最大容量监视最相关的远距离搜寻应用中选用低PRF。跟踪是第二种性能，它通常是由目标定位的反复扫描测量来实现的。速度不是直接计算出来的，但可通过反复扫描，从目标定位的变化中计算出。由于对速度的相对较慢的测量以及很糟的角分辨率，所以将目标跟踪限制在紧凑目标方案中或强机动目标中。通常采用活动目标指示器(MTI)及相干积累，用于活动目标指示及杂波干扰抑制。

一个高PRF雷达被定义为一种具有足够高PRF的雷达，这种雷达的第一多普勒模糊比最大先行目标速度的多普勒频移大，因此，没有产生多普勒/速度模糊。通常选取高PRF，用于诸如机载截击雷达和更近距离的跟踪以及武器控制雷达等与目标速度及高速机动目标密切相关的应用中。通常是在使用交错PRF以及诸如“孙子定理”等的算法进行检测后，计算出目标距离的。由于受解决目标距离模糊所用的算法的限制，目标跟踪被限制为只对那些在紧凑目标方案或强机动目标中使用的雷达。在(M.I.Skolnik编的)雷达手册第二版第17章中有对这些特征的说明，其题目为“脉冲多普勒雷达”，由W.H.Long,N.H.Mooney著。

使用高PRF，所述速度分辨率、目标信号与噪声比(SNR)、以及杂波干扰抑制也是间接地受解决距离模糊的需要的影响。用于解决距离模糊的算法需要在一个天线停顿期间，有几个不同PRF的目标检测。这意味着不能将所有的返回相干地合成来得到最大速度分辨率、最大SNR、或最大杂波干扰抑制。对这些雷达的一种附加关注是增加了对杂波干扰抑制的需要。由于距离模糊的存在，叠加在距离上的杂波增加了每个测距单元中的杂波水平，而且还引起近距离的高水平杂波，这干扰了对远距离、低水平目标的检测。因此，通常需要高水平的杂波干扰抑制。

中PRF雷达被定义为这样一种雷达，因为其PRF不够高，不足以使第一多普勒模糊大于最大先行目标速度的多普勒频移，因此产生了多普勒/速度模糊。与此同时，PRF又不够低，不足以使第一距离模糊大于先行目标检测距离，因此产生了距离模糊。当使用了中PRF时，既需要解决距离模糊，又需要解决多普勒模糊。由于它与使用高PRF相比，具有较小的距离模糊，以及与低PRF相比具有较小的多普勒模糊，所以减小了对每种模糊的冲击以及解决它们的复杂程度。

一个成像合成孔径雷达(SAR)是既不允许有距离模糊也不允许有多普勒模糊的一种唯一的应用。在选择了天线孔径尺寸、发射频率及平台速度之后，横穿过天线方向图并正向平台速度的多普勒频谱就由所选的用于这些参数的值所确定。所述PRF必须至少是多普勒展开频谱的两倍，以防止在成像中的多普勒模糊。通常甚至选择更高的PRF，以防止来自天线方向图边缘的返回叠加到图象中。这样，所得到的PRF确定了成像区的最大距离或航迹宽度。通常认为这一航迹宽度比有效地及经济地使用雷达及其平台所需的航迹宽度要小。

从上面的说明中可以看出，对于大多数应用来说，不能对目标或散射体进行距离及速度全都没有模糊的定位或跟踪。一种例外是SAR，它顺从于作用范围的极小航迹宽度，以防止模糊。有许多技术在解决模糊问题上是可行的，它们通过在一个天线停顿期间发射几个具有不同PRF及/或频率的脉冲串来解决模糊问题。这些技术限制了可同时控制的目标数目，同时还损失了信号一噪声比及对杂波干扰的抑制。