隨著精確制導技術(shù)的不斷發(fā)展，導彈應(yīng)具有直接瞄準目標并打擊其要害部位，這就要求雷達不僅能對目標整體進行測量、跟蹤，而且還要從角度上分辨出目標不同的部位，因此雷達必須具有很高的測角精度。但是當高分辨導引頭雷達接近目標時，角閃爍成為雷達測角的主要誤差來源，因為此時目標不再是點目標，而是由幾個強散射中心組成的分布式目標，回波信號由這些散射中心的回波矢量合成，這個合成等
效為一個視在中心的結(jié)果，中心位置就是實際測量的位置。隨著目標相對運動，散射中心的反射不斷變化，導致回波相位波前面的畸變，波前在接收天線口徑面上的傾斜和隨機擺動從而產(chǎn)生測角誤差，這種現(xiàn)象稱為“角閃爍”，嚴重時角閃爍將會導致跟蹤點偏離到目標之外。因此角閃爍抑制問題是導引頭雷達必須解決的問題。
    國內(nèi)在高分辨雷達角閃爍抑制方面作了許多研究，提出了基于和差通道距離像的單脈沖測角，但是這種算法中沒有考慮天線方向的影響，測角精度不高。本文基于此并對其不足有所改進，從高分辨雷達角閃爍產(chǎn)生的根本原因入手，提出一種基于高分辨雷達測角算法。該算法在測角前首先對目標回波信號和差通道進行一維成像，然后根據(jù)單脈沖雷達測角原理得到目標在各個距離單元的角度信息，最后通過加平均處理得到目標幾何中心空間角度。

1 高分辨雷達的角閃爍特性分析
    線性調(diào)頻步進信號是高分辨雷達常用的一種形式，該信號是把步進頻率中的常載頻子脈沖換成線性調(diào)頻子脈沖，其優(yōu)點是保持步進頻率信號能量和總帶寬不變的同時減少步進階梯的周期數(shù)，從而提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)利用率。信號的表達式為
   
    其中，為基帶線性調(diào)頻子脈沖；線性調(diào)頻子脈沖個數(shù)為N；Tr為子脈沖重復周期；Tp為時寬；子脈沖帶寬BN=B／N；調(diào)頻斜率K=BN／Tp。相鄰子脈沖間的載頻增量為△f；第一個子脈沖的中心頻率為fo；則第i個子脈沖的中心頻率為fci=fo+iBN；其中i=0，1，2，…，N-1。
    毫米波雷達發(fā)射信號波長遠小于目標尺寸，工作在目標光學區(qū)，后向散射回波可以認為目標上強散射中心回波合成。設(shè)目標上有M個散射中心到雷達的徑向距離分別Rk，k=1，2，…，M，不考慮目標和導引頭之間相對運動，則第i個子脈沖回波為
   
    式中，Tk=2Rk／c為第k個散射點延遲，將回波信號與本振信號混頻，輸出視頻信號為
   
    由式(3)可以看出，調(diào)頻步進信號視頻回波由兩部分組成，信號處理可以分為兩個步驟：首先在各個PRT內(nèi)進行線性調(diào)頻信號脈沖壓縮，其次對壓縮后進行PRT之間的IDFT處理。
    不考慮目標和導引頭之間的相對運動，線形調(diào)頻信號的脈沖壓縮結(jié)果為

    取采樣時刻為t=iTr+τk可得采樣后第i個子脈沖的回波輸出為
  
    這樣就實現(xiàn)了對N個脈沖串的壓縮，合成一個大帶寬脈沖信號，其總帶寬B=N△f，距離分辨率為△R=c／2B。當△R目標徑向尺寸時，IDFT處理所得的序列幅度{x(m)| m=1，2，…，M}反映了目標上強散射中心的雷達散射截面積在徑向距離軸上的投影分布，稱為目標的一維距離像。

2 高分辨雷達的角閃爍抑制
    高分辨雷達由于在和、方位差、俯仰差3個通道都實現(xiàn)了高分辨處理，因此在3個通道均可以得到目標高分辨距離像。以方位差通道為例，設(shè)目標上有M個散射中心，第i(i=1，2，…，M)個散射中心的強度為ui，和通道目標距離像用于目標檢測，如果在和通道檢測到目標，則根據(jù)單脈沖測角原理，把目標區(qū)域的通過和通道檢測的目標譜峰所對應(yīng)的距離單元的方位差通道一維像幅度用對應(yīng)的和通道一維像幅度歸
一化，就可以得到目標在該距離單元的方位角。即
   
    式中，u∑(i)為和通道目標距離像第i個散射點的幅度；u△(i)是差通道目標距離像第i個散射點的幅度；Re表示取實部。F(θ)為雷達接收天線方向函數(shù)，用sin函數(shù)來描述
   
    式中，θo為天線等信號軸指向；θk為波束最大值方向與等信號軸方向的夾角；F'(θ)為其導數(shù)。由此可以求得以距離單元m為變量的目標方位角度值，同樣方法可以求出以距離單元m為變量的目標俯仰角度值。
    目標譜峰檢測的目的是為了去除弱散射截面距離單元對角度平滑的影響，使之不參與目標幾何中心角度的估計過程。因為根據(jù)角閃爍原理，幅度越小的單元對應(yīng)的角閃爍越大，最后經(jīng)過加權(quán)平滑處理后目標徑向幾何中心的方位角為
   
    式中，am為加權(quán)平滑算子，一般取線性加權(quán)算子W(am)=1。
    高分辨距離像單脈沖測角算法步驟總結(jié)如下：
    (1)回波信號高分辨出處理，得到3個通道的一維距離像。
    (2)以和通道距離像用于目標檢測，得到超過檢測電平的距離單元數(shù)目m。
    (3)對兩個差通道的距離像用對應(yīng)距離單元m處距離像幅度用和通道幅度進行歸一化，得到θm。
    (4)把各個距離單元處的角度數(shù)據(jù)合成為整個目標的幾何中心角度θ。

3 仿真與實測結(jié)果分析
    為了驗證算法的有效性，設(shè)目標上有4個強散射中心，信號參數(shù)：帶寬B=200 MHz，初始頻率fo=60 MHz，脈沖個數(shù)N=20。目標參數(shù)：ri是第i個散射中心與雷達的相對徑向距離，r=[196，198，200，202]，單位：cm，θi是第i個散射中心相對雷達視線的方位角，θ=[0．0410，-0．010 2，0．019 0，-0．050]，單位：弧度，所有散射點散射強度均相等均為1。根據(jù)以上一維成像算法可以得到目標和通道、差通道距離像分別如圖1和圖2所示。采用高分辨距離像測角算法測量的角度θ=[0．042 0，-0．014 2，0．020，-0．056]，從以上可以看出測的目標角度與實際目標散射中心的角度是相當吻合，均勻加權(quán)后得到目標徑向幾何中心的方位角θ=-2．05×10-3。

     下面以某導引頭雷達對某飛機跟蹤過程為例仿真，信號和目標參數(shù)如上，跟蹤距離為390～210 m，目標在水平面內(nèi)做勻速運動，目標上有4個強散射點。圖3是分別采用點目標測角算法與高分辨測角算法得到的跟蹤角度與目標真實角度值偏差比較，可以看出后者的誤差遠小于前者，已經(jīng)處于目標尺寸范圍之內(nèi)。

4 結(jié)束語
    從目標角閃爍產(chǎn)生的根本原因入手，分別在和差通道對回波信號進行一維成像處理后，通過高分辨測角算法求出其對應(yīng)距離單元的方位角與俯仰角，然后將多個距離單元角度進行加權(quán)平均處理，得到目標徑向幾何中心對應(yīng)的空間角度。仿真結(jié)果表明，能夠很好地抑制角閃爍引起的角度測量偏差，是提高角跟蹤精度的有效途徑之一。