雷达导引头探测信号最佳带宽选择方法

1.本发明属于雷达技术领域，具体涉及雷达导引头探测信号最佳带宽选择方法。

背景技术：

2.工作波形与带宽的选择是雷达导引头设计时在信号体制方面需要考虑的重要因素，它决定了导引头的各项总体性能指标，如作用距离、分辨率和抗干扰性能等。一般雷达导引头采用的工作波形为载频固定的简单脉冲信号或连续波信号，主要通过提取目标的速度和角度信息对目标进行跟踪，这种窄带信号在工程上易于实现，数据量小，比较适用于完成常规中高空目标探测任务，但其距离分辨率较差，在超低空或下视攻击时难以检测旁瓣或主瓣杂波区内的目标，不能区分径向速度接近的波束内多个目标。
3.而宽带波形因其工作带宽较宽，具有较高的距离分辨率，在雷达导引头中有着广阔的应用前景。宽带波形是近年来逐渐发展起来的距离高分辨波形，其发射脉宽可以设计的较宽，与传统的窄带信号相比，宽带信号在抗干扰、反截获、精确探测与跟踪、成像、目标识别等方面具有独特的优势。常见的宽带波形有线性调频波形、步进频波形和其它的复合调频波形等。

技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供了雷达导引头探测信号最佳带宽选择方法。
5.本发明采用的技术方案为：
6.雷达导引头探测信号最佳带宽选择方法，包括以下步骤：
7.步骤1：雷达导引头超低空下的回波信号是目标回波、镜像回波和环境杂波的叠加，分析目标回波、镜像回波、环境杂波以及信杂比宽带特性，然后根据上述分析得出最佳信号带宽选择时的约束条件；
8.步骤2：根据最佳信号带宽选择时的约束条件，整理最佳信号带宽的特征量；
9.步骤3：步骤2中的特征量与目标、环境及雷达导引头的参数均有关系，则分析特征量及其变化规律，确定最佳信号带宽的选择。
10.优选的，所述最佳信号带宽选择时的约束条件包括目标与镜像分离、宽带信杂比、检测单元内信杂比达到最大、目标有限分裂且检测单元内宽带scr满足门限检测条件以及信号检测时满足奈奎斯特采样定理。
11.优选的，所述最佳信号带宽的特征量包括目标-镜像分离带宽b1、信杂比最大带宽b2、门限检测带宽b3以及信号采样带宽b4。
12.优选的，分析目标-镜像分离带宽b1的变化规律：
13.根据雷达导引头、目标与镜像的位置关系可以看出，目标与镜像回波信号具有明显的路径差，则设目标高度为h，镜像与目标的距离差为δr＝r2-r1＝hsinβ，其中，r1为雷达导引头与目标之间的距离，r2为雷达导引头与镜像之间的距离，理论上通过雷达导引头距离分别率δr＝c/2b，使δr≤δr，即b≥c/2hsinβ时，可将目标与镜像在距离维分开，而由
于实际目标是扩展目标而不是点目标，导致目标与镜像在距离维的长度延伸，同时目标与镜像回波在匹配滤波处理时的失真，导致目标与镜像回波信号脉冲展宽，这也可等效为目标与镜像在距离维的长度延伸，则考虑目标与镜像的在距离维的长度延伸效应，选择镜像-目标分离时的最小带宽b1为
14.b1＝c/2hsinβ
15.式中，c为光速，β为雷达导引头到目标的视线角，h表示目标高度；因此，增大带宽，可提高镜像-目标分辨率，实现超低空目标与镜像的有效分离，进而实现镜像信号的有效辨识。
16.优选的，分析信杂比最大带宽b2的变化规律：
17.在典型目标-环境-雷达导引头擦书条件下，由 scr＝p
t
(n)/pc(n)＝σ
t
(n)/σc(n)＝k
tc
·
b仿真计算可得scr随着信号带宽b的变化规律：当信号带宽b＜b2时，带宽较小、距离分辨率低，目标没有分裂，scr随着带宽b增大而快速提高；当信号带宽 b＞b2时，带宽较大、距离分辨率高，目标发生了分裂，scr随着带宽b增大而缓慢增大；上式中，p
t
(n)为检测单元内目标回波功率，σ
t
(n)为目标后向散射截面，pc(n)为杂波距离分辨单元内杂波功率，σc(n)为环境散射截面积，其中，k
tc
＝σ
t
(n)
·
kc，kc＝k
·kσ
，系数k
σ
与天线波束宽度、杂波单元或雷达导引头高度hr有关，系数k与雷达导引头发射参数、天线增益、杂波单元距离有关；
18.根据上述分析，b2是目标分裂的临界带宽，同时也是检测单元内信杂比达到最大时的带宽，则将b＝b2时的带宽称为信杂比最大带宽，b2应受到如下约束：
19.b2＝c/2l cosβ
20.式中，c为光速，β表示天线波束照射角，l为目标在距离向的尺寸；因此，信杂比最大信号带宽b2的影响参量主要有目标在距离向的尺寸l、波束照射角β，增大带宽b，可提高信杂比scr；
21.实际情况下，目标通常是运动的，此时需要考虑目标的走动，若在相干处理时间内，目标的运动不超过一个距离分辨单元，那么b2应受到如下约束：
22.b2＝c/[2lcosθ+(vm+v
t
)tc/2]
[0023]
式中，vm表示雷达导引头运动速度，v
t
表示目标运动速度，tc表示信号相干处理时间。
[0024]
优选的，分析门限检测带宽b3的变化规律：
[0025]
门限检测的关键是在典型目标-环境-雷达导引头参数条件下，由 scr＝p
t
(n)/pc(n)＝σ
t
(n)/σc(n)＝k
tc
·
b计算可得宽带信杂比bscr，并设置适合的检测门限大小，若在一定带宽范围内，宽带信杂比scr大于检测门限即bscr曲线与的交点b3存在，即为门限检测带宽b3；
[0026]
变化规律为：在一定的检测门限条件下，增大带宽，有利于提高雷达导引头对慢速目标的检测能力；在一定的检测门限条件下，雷达导引头检测的目标速度越慢，所需的信号带宽也越大；增加脉冲积累数，可提高信杂比，从而提高雷达导引头的检测能力。
[0027]
优选的，分析信号采样带宽b4的变化规律：
[0028]
信号采样带宽b4主要由采样频率fs决定，一般应满足奈奎斯特采样定律，即b4＝0.5fs，采样频率fs越大，信号采样带宽b4也越大。
[0029]
本发明的有益效果：
[0030]
本发明中1)通过分析目标-镜像分离带宽b1的变化规律，得出增大带宽，可提高镜像-目标分辨率，实现擦地、掠海超低空目标与镜像的有效分离，进而实现镜像信号的有效辨识；2)通过分析信杂比最大带宽b2的变化规律，得出考虑脉冲积累数的目标分裂的临界带宽，同时也是检测单元内信杂比达到最大时的带宽，在保证目标不发生分裂的前提下提升雷达导引头对超低空目标的探测能力；3)通过分析门限检测带宽b3的变化规律，得出在一定的检测门限条件下，增大带宽，有利于提高雷达导引头对慢速目标的检测能力；4)通过分析信号采样带宽b4，得出满足奈奎斯特采样定律的采样频率约束。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]
图1为目标带宽分裂机理；目标不分裂、目标临界分裂、目标有限分裂(分裂数4)；
[0033]
图2为目标有两个散射中心；
[0034]
图3为目标后向散射宽带特性；
[0035]
图4为不同带宽下的目标一维距离像；
[0036]
图5为检测单元内目标回波功率宽带特性；(a)照射角11.5度、 (b)照射角21.8度；
[0037]
图6为不同带宽下检测单元内的目标-镜像r-d分布；(a)带宽 20mhz(目标-镜像未分裂)、(b)带宽80mhz(目标-镜像分裂)；
[0038]
图7为杂波距离分辨单元；(a)几何关系、(b)方向图加权；
[0039]
图8为杂波功率随带宽变化规律；
[0040]
图9为信杂比随带宽变化规律；
[0041]
图10为最佳带宽特征量及其约束条件；
[0042]
图11为信杂比与最佳信号带宽及特征带宽的关系；
[0043]
图12为雷达导引头、目标与镜像的位置关系；
[0044]
图13为带宽为4mhz和20mhz时的目标-镜像距离多普勒谱；(a) 带宽4mhz、(b)带宽20mhz；
[0045]
图14为与镜像回波的一维距离像；(a)带宽5mhz、(b) 带宽30mhz；
[0046]
图15为与镜像回波的一维距离像；(a)带宽30mhz、(b) 带宽100mhz；
[0047]
图16为目标-镜像分离带宽b1随环境的变化规律；
[0048]
图17为b2与bscr的关系；
[0049]
图18为信杂比最大带宽b2随目标与环境的变化规律；
[0050]
图19为宽带scr与的关系；
[0051]
图20为不同目标速度v下，信杂比scr随带宽b的变化规律；
[0052]
图21为不同带宽b下，信杂比scr随目标速度v的变化规律；
[0053]
图22为不同积累脉冲数n下，scr随b的变化规律；
[0054]
图23为宽带scr与采样频率fs(即b4)的关系。
具体实施方式
[0055]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0056]
本实施例提供了一种雷达导引头探测信号最佳带宽选择方法，包括以下步骤：
[0057]
步骤1：雷达导引头超低空下的回波信号是目标回波、镜像回波和环境杂波的叠加，分析目标回波、镜像回波、环境杂波以及信杂比宽带特性，然后根据上述分析得出最佳信号带宽选择时的约束条件；
[0058]
步骤2：根据最佳信号带宽选择时的约束条件，整理最佳信号带宽的特征量；
[0059]
步骤3：步骤2中的特征量与目标、环境及雷达导引头的参数均有关系，则分析特征量及其变化规律，确定最佳信号带宽的选择。
[0060]
1、宽带的作用机理
[0061]
分析目标回波、镜像回波、环境杂波以及信杂比宽带特性
[0062]
1.1目标(或镜像)回波宽带特性
[0063]
设目标距离向尺寸为lr＝5m，当选取信号带宽 b∈[1mhz，30mhz)时，距离分辨率δr＝c/2b∈[150m～5m)，此时 lr＜δr，如图1所示，目标位于一个距离分辨单元内，即目标为不分裂状态；当信号宽带增大到b＝30mhz时，距离分辨率δr＝c/2b＝5m，此时lr＝δr，如图1所示，目标占据整个距离分辨单元，即目标为临界分裂状态，对应带宽b＝b2为称临界带宽；当信号宽带增大至b∈(30mhz，120mhz)时，距离分辨率δr＝c/2b∈(5m～1.5m)，此时lr＞δr，如图1所示，目标位于相邻的2～4个距离分辨单元内，即目标为有限分裂状态，相应目标分裂数为2～4。
[0064]
下面，定量分析带宽对目标散射的影响。设临界带宽b2，由雷达方程可知：
[0065]
当b≤b2时，目标t不分裂，如图2所示，根据雷达导引头超低空探测收发模型，则距离分辨单元内的目标功率p
t
为
[0066]
p
t
＝k
·
σ
t
ꢀꢀ
(1)
[0067]
式中，k与雷达导引头发射参数(工作频率、峰值功率)、天线参数(波束宽度、增益、照射方向)、匹配滤波脉压比、目标距离等有关，σ
t
是目标总雷达散射截面积(rcs)。根据电磁散射理论，对一般目标而言，在光学区往往存在多个散射中心，目标散射场为各散射中心散射场的矢量叠加，即
[0068][0069]
式中，为目标散射场的合成相位，m为目标散射中心个数，σi与分别为散射中心i的散射系数和散射场相位，di为散射中心i相对参考点的距离，β为波束照射角，f＝f0+b为照射波频率(f0为载频)。因此，在带宽内由于频率哪怕一点点改变，都会引起多个散射中心之间散射场的相位较大变化，从而导致目标散射场随频率改变而产生较大变化，也就是说σ
t
与b有关。因此，由式(1)或式(2)，可求出b≤b2时目标的一维距离像。
[0070]
此时，由于目标不分裂而在一个距离分辨单元内，目标检测单元即为距离分辨单元，因此，为了统一起见，记σ
t
＝σ
t
(1)和p
t
＝p
t
(1)。
[0071]
当b＞b2时，目标t分裂成t(i)(i＝1～n)，即目标分裂数为n，如图1所示，根据雷达导引头超低空探测收发模型，则距离分辨单元内i(i＝1～n)的目标t(i)的功率p
t
(i)为
[0072]
p
t
(i)＝k
·
σ
t(i)ꢀꢀ
(3)
[0073]
式中，σ
t
(i)为第i个距离分辨单元内目标rcs。由于距离分辨单元i中也可能包含多个散射中心，故σ
t
(i)辨求解方法与(式2)一致。因此与b≤b2时的σ
t
一样，b＞b2时的σ
t
(i)同样与b有关。因此，目标总散射截面σ
t
或目标散射功率p
t
分别为
[0074][0075]
p
t
＝k
·
σ
t
ꢀꢀ
(5)
[0076]
式中，为第i个距离分辨单元内目标散射场的合成相位，di为距离分辨单元i相对参考点的距离。因此，由上述两个公式，可求出b＞b2时目标的一维距离像。由此可见，从散射的角度来看，目标分裂的本质是将目标的多散射中心分解到各距离分辨单元中去。
[0077]
值得指出的是，宽带情况下，由于扩展目标多散射中心的叠加效应，目标的σ
t
或距离分辨单元i的σ
t
(i)的频率响应都将出现起伏，即σ
t
(i)可能比σ
t
小、也可能比σ
t
大。如图2所示，假设目标的两个散射中心之间距离为d，且其后向散射截面分别为σ1＝1m2和即σ2≤σ1，若照射角为β，则目标后向散射截面σ
t
为
[0078][0079]
即
[0080][0081]
由上式可知，当-(1+2s2)/2s＜cosθ＜-1/2s时σ
t
＜σ2＜σ1时，目标后向散射截面比两个散射中心的后向散射都小；当
ꢀ‑
1/2s＜cosθ＜-s/2时σ2＜σ
t
＜σ1时，目标后向散射截面比其中一个散射中心的后向散射小、比另一个散射中心的后向散射大；除了以上条件，目标后向散射截面比两个散射中心的后向散射都大。
[0082]
在目标检测时，对于实际目标，由于在各距离分辨单元 i(i＝2～n)内目标散射σ
t
(i)(或散射功率p
t
(i))一般是不相等的，按照“选大”原则，即选择σ
t
(i)(i＝2～n)中最大的距离分辨单元n 为“检测单元”，因此检测单元内的目标功率p
t
(n)也是 p
t
(i)(i＝1～n)中最大的，即
[0083]
σ
t
(n)＝max{σ
t
(i)，(i＝2～n)
ꢀꢀ
(8)
[0084]
p
t
(n)＝max{p
t
(i)，(i＝2～n)}＝k
·
σ
t
(n)
ꢀꢀ
(9)
[0085]
值得指出的是，宽带情况下，由于实际宽带目标回波在匹配滤波处理时的失真使信号脉冲展宽，以及扩展目标多散射中心回波的叠加效应，导致由t(i)(i＝1～n)回波合成目标t回波时在距离维产生重叠，即目标t回波的一维距离像出现重叠而不太容易辨识出 t(i)(i＝1、n)回波。
[0086]
设环境为海面，目标为反舰导弹(长度为4.5m)，距离雷达导引头3573米，中心频率为x波段，极化vv，波束照射角为11.5度，即目标临界分裂带宽b2＝34mhz，下面对目标特性
进行仿真分析。
[0087]
目标后向散射宽带特性。如图3所示，计算结果表明：在b＝200mhz 内，反舰导弹后向rcs在-15dbsm附近起伏平均约1.51dbsm。
[0088]
目标一维距离像。如图4所示，计算结果表明：b＝34mhz时目标为临界分裂状态，b＝60mhz、80mhz、150mhz时目标分裂数分别为2、 3、5，目标分裂后的一维距离像产生了重叠。
[0089]
检测单元内目标回波功率宽带特性。如图5所示，计算结果表明：图5(a)表明分裂后检测单元内的目标回波功率比不分裂时大，图5 (b)表明分裂后检测单元内的目标回波功率比不分裂时小。
[0090]
同样地，根据目标-环境复合电磁散射理论，镜像具有类目标特性。因此，信号带宽增大也可能导致镜像分裂。
[0091]
图6分别给出了带宽为20mhz和80mhz时检测单元内的目标-镜像r-d分布。结果表明：相对带宽20mhz，带宽80mhz时镜像功率与目标功率均减小，因此，镜像与目标均出现了分裂现象。
[0092]
1.2环境杂波宽带特性
[0093]
如图7所示，环境杂波计算是线性叠加来自空间不同方位的环境散射单元的回波。
[0094]
根据电磁散射理论和雷达方程，在目标检测单元对应的杂波距离分辨单元n(即杂波单元)内，环境散射截面积σc(n)和杂波功率pc(n) 分别为
[0095]
σc(n)＝k
σ
/b
ꢀꢀ
(10)
[0096]
pc(n)＝k
·
σc(n)＝kc/b
ꢀꢀ
(11)
[0097]
式中，系数k
σ
与天线波束宽度、杂波单元(散射系数、距离、照射方向)或雷达导引头高度hr有关，系数k与雷达导引头发射参数 (工作频率、峰值功率)、天线增益、杂波单元距离有关；kc＝k
·kσ
。因此，增大信号带宽，提高了距离分辨率，减小检测单元内的环境散射截面积和杂波功率。
[0098]
如图8为杂波随带宽变化规律。随着带宽增大，海杂波功率下降。
[0099]
1.3信杂比宽带特性
[0100]
检测单元内目标回波功率p
t
(n)与杂波功率pc(n)比，即为信杂比 (scr)。由式(9)和式(11)得
[0101]
scr＝p
t
(n)/pc(n)＝σ
t
(n)/σc(n)＝k
tc
·bꢀꢀ
(12)
[0102]
式中，k
tc
＝σ
t
(n)
·
kc。因此，scr与目标(类型，速度，高度)、环境(类型，粗糙度)、雷达导引头(频率、带宽、照射角)等参数有关。
[0103]
如图9为检测单元内信杂比(scr)随带宽(b)变化规律。设环境为海面，目标为某反舰导弹(长度为4.5m)，距离雷达导引头3573 米，中心频率为x波段，极化vv，波束照射角为11.5度，即目标临界分裂带宽b2＝34mhz。当信号带宽b＝1mhz～34mhz时，目标没有分裂，检测单元内scr随b增大而快速增大，如图9中“目标不分裂”段所示；当信号宽带增大至b＝34mhz～200mhz时，目标分裂数为2～6，检测单元内scr随b增大而缓慢增大，如图9中“目标分裂”段所示。
[0104]
2.最佳带宽选择原则
[0105]
由以上分析可知，信号带宽并非越大越好，而是存在一个最佳带宽的选择问题。从
杂波抑制和目标分裂综合起来考虑，最佳信号带宽选取的主要期望如下：
[0106]
分离目标与镜像。镜像主要是由于目标与环境之间的耦合散射造成的，与目标和环境的散射特性都有关系，并且与目标回波特性有一定的相似性，所以要尽可能通过调整探测信号的带宽，使得目标与镜像在距离或多普勒域出现差异性，从而能够更容易的分辨镜像与目标。
[0107]
抑制杂波。准确说是降低与检测单元中的杂波功率。雷达导引头下视探测超低空目标时，地海面环境散射导致的杂波功率十分强，通过调整探测信号的带宽可以离散杂波信号，这样使进入检测单元内的杂波功率降低，从而提高目标检测时的信杂比。
[0108]
综合考虑信号检测问题，最佳信号带宽选择时的约束条件：1) 目标与镜像分离；2)杂波抑制(宽带信杂比)；3)检测单元内信杂比达到最大；4)目标有限分裂且检测单元内宽带scr满足门限检测条件；5)信号检测时满足奈奎斯特采样定理。
[0109]
因此，最佳信号带宽有如下4个特征量：1)目标-镜像分离带宽 b1，决定了距离分辨率的大小，这也决定了是否能够在距离上区分目标与镜像；2)信杂比最大带宽b2，一定目标速度下，距离分辨单元内信杂比达到最大；3)门限检测带宽b3，一定目标速度下，检测门限与scr宽带特性的交点对应的带宽；4)信号采样带宽b4，信号检测时应满足奈奎斯特采样定理，若设采样率为fs，则b4＝0.5fs。最佳带宽特征量及其约束条件，如图10所示。
[0110]
因此，最佳信号带宽是一个带宽范围，其上、下限则与目标-镜像分离带宽b1、信杂比最大带宽b2、门限检测带宽b3、信号采样带宽 b4等4种特征带宽有关，即b
opt
＝(b
min
，b
max
)，其中最佳信号带宽上限 b
max
＝b4、最佳信号带宽下限b
min
＝max(b1，b2，b3)，如图11所示。
[0111]
3.特征带宽及其变化规律
[0112]
四种特征带宽与目标、环境及雷达导引头等参数均有关系，下面分别介绍
[0113]
(1)目标与镜像分离
[0114]
雷达导引头、目标与镜像的位置关系如图12所示。
[0115]
从上图可以看出，目标与镜像回波信号具有明显的路径差。设目标高度为h，则镜像与目标的距离差为δr＝r2-r1＝hsinβ，理论上通过雷达导引头距离分辨率δr＝c/2b，即b≥c/2hsinβ时，可将目标与镜像在距离维分开，而由于实际目标是扩展目标而不是点目标，导致目标与镜像在距离维的长度延伸，同时目标与镜像回波在匹配滤波处理时的失真，导致目标与镜像回波信号脉冲展宽，这也可等效为目标与镜像在距离维的长度延伸，则考虑目标与镜像的在距离维的长度延伸效应，选择镜像-目标分离时的最小带宽b1为
[0116]
b1＝c/2h sinβ
ꢀꢀ
(13)
[0117]
式中，c为光速，β为雷达导引头到目标的视线角，h表示目标高度；因此，增大带宽，可提高镜像-目标分辨率，实现超低空目标与镜像的有效分离，进而实现镜像信号的有效辨识。在实际作战中，目标的高度可能很低，尤其是擦地和掠海目标，经常距地海面十几米处甚至更低飞行，这就要求雷达导引头具有足够的带宽，而且目标高度越低，对能够在距离维“分离”目标与镜像信号的带宽要求就越大。
[0118]
图13(a)和图13(b)分别给出了带宽为4mhz和20mhz时的目标-镜像距离多普勒谱。结果表明：相对带宽4mhz，带宽20mhz时目标与镜像的分离特征随带宽增大而凸显。
[0119]
图14为不同带宽条件下战斧目标及其镜像回波信号的一维距离像。设天线波束照射角为15度、目标高度为50m，则镜像
‑ꢀ
目标分离最小带宽b1＝11.59mhz。如图14
(a)所示，当带宽为5mhz (小于b1)时，此时，因目标与镜像的一维距离像重叠而无法辨识；如图14(b)所示，当带宽增加至30mhz(大于b1)时，此时，因目标与镜像的一维距离像分离而容易辨识。
[0120]
如图15所示，若天线波束照射角保持15度，而目标高度为20m，则镜像-目标分离最小带宽b1为28.98mhz。如图15(a)所示，当带宽为30mhz(略大于b1)时，此时，因目标与镜像的一维距离像大部分重叠而不太容易辨识；如图15(b)所示，当带宽增加至100mhz (远大于b1)时，此时，因目标与镜像的一维距离像完全分离而容易辨识。
[0121]
图16给出了目标高度h分别为10m、25m、50m、80m和100m时，环境类型分别为海面、湿地、草地、半干地、干地、混凝土、裸土等，且波束擦地角分别取相应环境的布儒斯特角，由式(13)计算得到目标
ꢀ‑
镜像分离带宽b1随环境的变化规律。计算结果表明，随着环境含水量的减少(介电常数减小)，或目标高度增大，目标-镜像分离带宽 b1减小。
[0122]
(2)杂波抑制(宽带信杂比bscr)
[0123]
信杂比最大带宽b2[0124]
在典型目标-环境-雷达导引头参数条件下(且考虑脉冲积累数)，由式(12)仿真计算可得scr随着信号带宽b的变化规律，如图17 所示。当信号带宽b＜b2时，带宽较小、距离分辨率低，目标没有分裂，scr随着带宽b增大而快速提高；当信号带宽b＞b2时，带宽较大、距离分辨率高，目标发生了分裂，scr随着带宽b增大而缓慢增大。
[0125]
根据上述分析，b2是目标分裂的临界带宽，同时也是检测单元内信杂比达到最大时的带宽，则将b＝b2时的带宽称为信杂比最大带宽，b2应受到如下约束：
[0126]
b2＝c/2l cosβ
ꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0127]
式中，c为光速，β表示天线波束照射角，l为目标在距离向的尺寸；因此，信杂比最大信号带宽b2的影响参量主要有目标在距离向的尺寸l、波束照射角β，增大带宽b，可提高信杂比scr；目标在距离向的尺寸减小或照射角增大时，要求的带宽b2将变大。
[0128]
实际情况下，目标通常是运动的，此时需要考虑目标的走动问题。如果在相干处理时间内，目标的运动不超过一个距离分辨单元，那么 b2应受到如下约束：
[0129]
b2＝c/[2l cosθ+(vm+v
t
)tc/2]
ꢀꢀ
(15)
[0130]
式中，vm表示雷达导引头运动速度，v
t
表示目标运动速度，tc表示信号相干处理时间。
[0131]
图18给出了目标分别为bgm-109、反舰导弹agm-84、战斗机f-16、直升机apache和无人机mq-9等五种，环境类型分别为海面、湿地、草地、半干地、干地、混凝土、裸土等，且波束擦地角分别取相应环境的布儒斯特角，由式(14)计算得到信杂比最大带宽 b2的变化规律。计算结果表明，随着环境含水量的减少(介电常数减小)，或目标尺寸l减小，信杂比最大带宽b2增大。
[0132]
门限检测带宽b3[0133]
信号处理理论表明，在杂波背景中检测目标回波时，需要设置一个检测门限(threshold，即)，只有当信杂比超过该门限时的信号才将其视为目标，为此，一般可通过增大目标速度或增加脉冲积累数来提高信杂比。门限检测的关键是在典型目标-环境-雷达导引头参数条件下，由scr＝p
t
(n)/pc(n)＝σ
t
(n)/σc(n)＝k
tc
·
b计算可得宽带信杂比bscr，如图19所示，并设置适合的检测门限大小，若在一定带宽范围内，宽带信杂比scr
大于检测门限即bscr曲线与的交点b3存在，即为门限检测带宽b3。
[0134]
图20给出了脉冲积累数为256和目标速度分别为30m/s、40m/s、50m/s时，信杂比scr随带宽b的变化规律，计算结果表明：在一定目标速度条件下，信杂比scr随带宽b增大而提高，因此，宽带能提高雷达导引头的目标检测能力。在一定的检测门限条件下，增大带宽，有利于提高雷达导引头对慢速目标的检测能力。
[0135]
图21给出了脉冲积累数为256和信号带宽b分别为4mhz、30mhz、 80mhz时，信杂比scr随目标速度v的变化规律，计算结果表明：在一定带宽条件下，信杂比scr随目标速度v增大而提高；在一定的检测门限条件下，雷达导引头检测的目标速度越慢，所需的信号带宽也越大。
[0136]
图22给出了典型目标-环境-雷达导引头参数条件下，脉冲积累数分别为256和512时，信杂比scr随带宽b的变化规律。结果分析表明：增加脉冲积累数，可提高信杂比，从而提高雷达导引头的检测能力。
[0137]
信号采样宽带b4[0138]
现代信号检测基本上都采用数字方法，信号采样带宽b4主要由采样频率fs决定，一般应满足奈奎斯特采样定律，即b4＝0.5fs，采样频率fs越大，信号采样带宽b4也越大，如图23所示。
[0139]
结论
[0140]
研究表明：增大信号宽带，有利于杂波抑制、目标与镜像分离。随着信号带宽改变，距离分辨率也随之改变，因而对于一定高度的目标来说，目标与镜像随着带宽增大而越容易分辨，检测单元内的信杂比随着带宽增大而快速增大(目标不分裂时)或缓慢增大(目标分裂时)。
[0141]
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：

1.雷达导引头探测信号最佳带宽选择方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：雷达导引头超低空下的回波信号是目标回波、镜像回波和环境杂波的叠加，分析目标回波、镜像回波、环境杂波以及信杂比宽带特性，然后根据上述分析得出最佳信号带宽选择时的约束条件；步骤2：根据最佳信号带宽选择时的约束条件，整理最佳信号带宽的特征量；步骤3：步骤2中的特征量与目标、环境及雷达导引头的参数均有关系，则分析特征量及其变化规律，确定最佳信号带宽的选择。2.根据权利要求1所述的雷达导引头探测信号最佳带宽选择方法，其特征在于，所述最佳信号带宽选择时的约束条件包括目标与镜像分离、宽带信杂比、检测单元内信杂比达到最大、目标有限分裂且检测单元内宽带scr满足门限检测条件以及信号检测时满足奈奎斯特采样定理。3.根据权利要求2所述的雷达导引头探测信号最佳带宽选择方法，其特征在于，所述最佳信号带宽的特征量包括目标-镜像分离带宽b1、信杂比最大带宽b2、门限检测带宽b3以及信号采样带宽b4。4.根据权利要求3所述的雷达导引头探测信号最佳带宽选择方法，其特征在于，分析目标-镜像分离带宽b1的变化规律：根据雷达导引头、目标与镜像的位置关系可以看出，目标与镜像回波信号具有明显的路径差，则设目标高度为h，镜像与目标的距离差为δr＝r2-r1＝hsinβ，其中，r1为雷达导引头与目标之间的距离，r2为雷达导引头与镜像之间的距离，理论上通过雷达导引头距离分别率δr＝c/2b，使δr≤δr，即b≥c/2h sinβ时，可将目标与镜像在距离维分开，而由于实际目标是扩展目标而不是点目标，导致目标与镜像在距离维的长度延伸，同时目标与镜像回波在匹配滤波处理时的失真，导致目标与镜像回波信号脉冲展宽，这也可等效为目标与镜像在距离维的长度延伸，则考虑目标与镜像的在距离维的长度延伸效应，选择镜像-目标分离时的最小带宽b1为b1＝c/2h sinβ式中，c为光速，β为雷达导引头到目标的视线角，h表示目标高度；因此，增大带宽，可提高镜像-目标分辨率，实现超低空目标与镜像的有效分离，进而实现镜像信号的有效辨识。5.根据权利要求3所述的雷达导引头探测信号最佳带宽选择方法，其特征在于，分析信杂比最大带宽b2的变化规律：在典型目标-环境-雷达导引头参数条件下，由scr＝p
t
(n)/p
c
(n)＝σ
t
(n)/σ
c
(n)＝k
tc
·
b仿真计算可得scr随着信号带宽b的变化规律：当信号带宽b＜b2时，带宽较小、距离分辨率低，目标没有分裂，scr随着带宽b增大而快速提高；当信号带宽b＞b2时，带宽较大、距离分辨率高，目标发生了分裂，scr随着带宽b增大而缓慢增大；上式中，p
t
(n)为检测单元内目标回波功率，σ
t
(n)为目标后向散射截面，p
c
(n)为杂波距离分辨单元内杂波功率，σ
c
(n)为环境散射截面积，其中，k
tc
＝σ
t
(n)
·
k
c
，k
c
＝k
·
k
σ
，系数k
σ
与天线波束宽度、杂波单元或雷达导引头高度h
r
有关，系数k与雷达导引头发射参数、天线增益、杂波单元距离有关；根据上述分析，b2是目标分裂的临界带宽，同时也是检测单元内信杂比达到最大时的带宽，则将b＝b2时的带宽称为信杂比最大带宽，b2应受到如下约束：b2＝c/2lcosβ
式中，c为光速，β表示天线波束照射角，l为目标在距离向的尺寸；因此，信杂比最大信号带宽b2的影响参量主要有目标在距离向的尺寸l、波束照射角β，增大带宽b，可提高信杂比scr；实际情况下，目标通常是运动的，此时需要考虑目标的走动，若在相干处理时间内，目标的运动不超过一个距离分辨单元，那么b2应受到如下约束：b2＝c/[2l cosθ+(v
m
+v
t
)t
c
/2]式中，v
m
表示雷达导引头运动速度，v
t
表示目标运动速度，t
c
表示信号相干处理时间。6.根据权利要求3所述的雷达导引头探测信号最佳带宽选择方法，其特征在于，分析门限检测带宽b3的变化规律：门限检测的关键是在典型目标-环境-雷达导引头参数条件下，由scr＝p
t
(n)/p
c
(n)＝σ
t
(n)/σ
c
(n)＝k
tc
·
b计算可得宽带信杂比bscr，并设置适合的检测门限大小，若在一定带宽范围内，宽带信杂比scr大于检测门限即bscr曲线与的交点b3存在，即为门限检测带宽b3；变化规律为：在一定的检测门限条件下，增大带宽，有利于提高雷达导引头对慢速目标的检测能力；在一定的检测门限条件下，雷达导引头检测的目标速度越慢，所需的信号带宽也越大；增加脉冲积累数，可提高信杂比，从而提高雷达导引头的检测能力。7.根据权利要求3所述的雷达导引头探测信号最佳带宽选择方法，其特征在于，分析信号采样带宽b4的变化规律：信号采样带宽b4主要由采样频率f
s
决定，一般应满足奈奎斯特采样定律，即b4＝0.5f
s
，采样频率f
s
越大，信号采样带宽b4也越大。

技术总结

本发明提供了一种雷达导引头探测信号最佳带宽选择方法，包括以下步骤：步骤1：雷达导引头超低空下的回波信号是目标回波、镜像回波和环境杂波的叠加，分析目标回波、镜像回波、环境杂波以及信杂比宽带特性，然后根据上述分析得出最佳信号带宽选择时的约束条件；步骤2：根据最佳信号带宽选择时的约束条件，整理最佳信号带宽的特征量；步骤3：步骤2中的特征量与目标、环境及雷达导引头的参数均有关系，则分析特征量及其变化规律，确定最佳信号带宽的选择。择。择。