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相控阵雷达数据率1引言相控阵雷达是一种以电子扫描代替机械扫描的先进目标探测与定位设备,由于采用计算机控制,因而具有灵活的多波束指向及驻留时间、可控的空间功率分配及时间资源分配等特点,这些特点决定了相控阵雷达能快速提供大空域、多批量目标的三坐标测量数据,同时也有较高的测量精度和分辨力。、虚警概率以及信噪比之间的关系发现概率、虚警概率是一部雷达系统要求的重要指标,发现概率过低会出现漏警现象,产生严重的后果,虚警概率过高会使虚警时间过短。在采用一定的虚警概率条件下,发现概率与信噪比之间有着直接对应的关系。,所以雷达对于不同的检测位置所接收到脉冲的信噪比是不同的,从而也决定了在单脉冲检测时的发现概率是不同的。当发射机发射的功率为Pt,雷达天线的增益为Gt,目标的闪射面积为ξ时,接收天线处收到的回波功率为:S2=PtGtξ(2πR2)2(1)对于同一个目标,根据方程不难得出目标在Rd处时,雷达接收脉冲的信噪比为:SNRd=R0Rd󰀁󰀂4SNR0(2)其中,R0是雷达的有效作用距离,SNR0是雷达在有效作用距离时的信噪比。,在信噪比不是很高时,一定的虚警概率下雷达达不到很高的发现概率的要求,这时就要采用脉冲积累的方法对目标进行检测。多个脉冲积累后可以有效地提高信噪比,从而改善雷达的检测能力。如果采用中频积累,将N个等幅相参中频脉冲进行相参积累可以使信噪比提高为原来的N倍。3跟踪数据率跟踪数据率等于跟踪采样间隔时间的倒数。跟踪数据率的大小对相控阵雷达多目标跟踪性能有很大的影响。正确选定跟踪采样间隔时间对确保跟踪的连续性、可靠性和跟踪精度都有着重要的意义,如果不适当地提高数据率会极大地消耗雷达有效的系统资源,因而必须计算出最适当的雷达跟踪数据率。现阶段雷达跟踪系统采用的跟踪算法有卡尔曼滤波、IMM算法、IE算法、α-β滤波等,这里以卡尔曼滤波为例对雷达跟踪数据率进行求解。,要求定义估计问题的数学模型来描述在某个时刻状态变量与以前时刻的关系。对于运动模型,状态变量可选用目标的位置(与目标的引力相联系)和速度(与目标的动能相联系)。一般来说,状态变量的增加会使估计的计算量相应增加,因此我们希望在满足模型的精度和跟踪性能的条件下,采用简单的数学模型。在跟踪问题遇到的运动载体如飞机、船只等,一般都按照恒速直线运动的轨迹运动。在状态方程中,加速度可看作一种具有随机特征的驱动输入,它考虑了驾驶员或环境扰动所造成的不可测行为。,来寻求一套递推估计的算法。卡尔曼递推算法利用前一时刻的状态估计值和当前时刻的观测值来共同确定当前状态的估计值。,为了使雷达在下一次采样时能够检测到目标,雷达的波束指向位置预测误差不能大于雷达系统要求的测量精度,即:P11(tN+1誆N)≤G(3)当采用角度跟踪时,,也就是G=×B,B是波束宽度。P11(tN+1誆N)是外推时间的增函数,反映了以处理数据中目标的机动状况和位置噪声的大小,当雷达采样时间选取得过长,雷达位置预测误差很容易大于系统要求的测量精度,当雷达采样时间选取得过短,雷达的资源又得不到合理的利用。显然利用方程可以求出最佳的雷达采样周期,即当P11(tN+1誆N)=G时的雷达采样时间。这样,可计算出跟踪数据率为:Dg=1Tg(4),系统要求发现概率不小于99%,虚警概率为10-5,其最大作用距离为500公里,在最大作用距离时的信噪比为0dB。由方程(4)可知,要达到99%的发现概率,积累脉冲的信噪比必须大于13dB。从实验中可以看出,在500公里要达到99%的发现概率,积累脉冲的个数不小于20个,在250公里要达到99%的发现概率,积累脉冲的个数不小于2个,而在200公里以内只要一个脉冲就可以达到99%以上的发现概率。从变化的趋势中可以看出积累脉冲个数的要求对于距离变化非常敏感,脉冲积累起到的效果也是非常明显的,这都是因为脉冲的回波功率与距离的4次方成反比的缘故。,空间波位数为300,则根据公式所计算得到的搜索数据率随距离变化曲线如图1所示。在图中可以看出,搜索数据率随着目标作用距离的增大而增大。这是因为远距离目标为了达到相同的发现概率,在每一次检测时必须多发送脉冲的缘故。