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并且計算負荷較低的成像模式——多普勒波束銳化(DBS)被廣泛應用于火控雷達中。為了獲得高波束銳化比。某型火控雷達是一部多功能、全相參的脈沖多普勒雷達。

關鍵詞：脈沖多普勒雷達，多普勒波束，銳化比

現代戰斗機往往擔負著多種任務，一般都采用脈沖多普勒火控雷達。為了實現對地面場景的二維高分辨率成像，一種可以在前側視大范圍掃描條件下進行成像，并且計算負荷較低的成像模式——多普勒波束銳化(DBS)被廣泛應用于火控雷達中。采用該項技術后，在距離不變的條件下，分辨能力可以得到數十倍的提高。

1多普勒波束銳化技術

1.1基本原理

多普勒波束銳化的基本原理就是將一個天線的真實波束，在方位上分割成若干子波束，由于各子波束與雷達載體速度矢量的夾角不同，因而各子波束照射的目標相對于雷達的徑向運動速度亦不同，從而導致了各子波束所照射的目標間的多普勒頻率差異。

如所示，假定雷達以載機速度ν沿水平方向（X軸）作勻速直線飛行，雷達波束3dB方位寬度Δθ，雷達波束視線指向與地面交點為P，與載機速度矢量ν的夾角（即斜視角）為Ф，方位角為θ，俯仰角為ε。在t=0時刻，雷達位于A點，它與P點之間的斜距為R0，在t時刻雷達運動到B點，到P點的斜距為R（t）。根據余弦定理，可從三角形ABP中求出任意瞬間t時刻雷達到P點的斜距：

表明：在雷達波束照射區城內，距離相同但方位θ不同的散射體所產生的回波信號具有不同的多普勒頻率fd；距離R0、方位θ一定的散射體，其多普勒頻率fd又是時間t的線性函數，隨著t的增大，多普勒頻率fd線性降低。。它們之間的關系如圖2所示，其中Td為積累時間。

若在頻域內設置一個窄帶濾波器組，使各個窄帶濾波器的中心頻率和帶寬都與相應各子波束中心方位線的多普勒頻率和子波束覆蓋的多普勒頻率一一對應，就可區分天線真實波束覆蓋的（方位）角度內距離相同而方位不同的各子波束照射的目標回波信號，從而達到改善方位分辨率的目的。

fd與θ和t的關系曲線

由以上分析可知，DBS技術正是利用了回波中的多普勒信息，通過頻域的高分辨率處理，等效地對真實天線波束進行分割，這正是人們稱之為“多普勒波束銳化”的原因。

1.2波束銳化比

對天線真實波束進行銳化，銳化比的大小就是真實的波束寬度與分割后的子波束寬度之比。根據回波積累時間Ta的不同，波束銳化可以分為低銳化比和高銳化比兩種情況。當回波積累的時間比較短，不同重復周期回波的多普勒頻率fd隨t的線性變化沒有超出單個多普勒窄帶濾波器的帶寬范圍，可以不進行補償而直接相加。在這種情況下多普勒窄帶濾波器的帶寬比較大，于是相應的子波束的寬度也較大，因此銳化比較低。與低銳化比的波束銳化相對應，在對不同重復周期的回波進行積累時，對隨時間t作線性變化多普勒頻率fd進行補償，使補償后頻率不隨t而變化，這時相應的多普勒窄帶濾波器的帶寬可以做得很窄，而且積累時間也比較長，此時就可以達到很高的波束銳化比。

1.3頻率補償

為了獲得高波束銳化比，必須進行頻率補償。如圖3所示，首先采用一個頻率可變的本振同接收到的含有多卜勒頻率的視頻回波進行混頻，本振頻率隨時間變化的斜率應當等于散射體回波中多普勒頻率變化的斜率，從而使得混頻器輸出為對應于不同散射體的一組固定的頻率，再通過一個多普勒濾波器組即可以將它們分辨開。

當雷達工作在低銳化比狀態時，由于積累和處理時間很短，在整個積累和處理期間內，一個散射體的多普勒頻率變化不會超過一個多普勒濾波器的頻率范圍。。這樣，不必進行頻率補償，采用一般本振和適當設計的多普勒濾波器組即可實現頻率分辨。

頻率補償原理框圖

2DBS的信號處理過程

所示，經過正交相位檢波后的中頻回波信號由A／D變換成數字信號進入輸入緩存。由于采用波束銳化技術，沿方位方向的分辨率是通過對每一距離上的回波信號進行多普勒分割而獲得的，因此，從輸入緩存區取出的信號是落入同一距離門內且間隔為脈沖重復周期的回波信號。輸入緩存區的設計主要為保證具有不同速度的存入和取出應保持正確的相對關系。

預濾波的目的在于降低對數字處理器的要求。由此可以采用緩沖電路，讓回波數據高速存儲進入，低速取出，只要取出周期不大于脈沖重復周期即可，這樣對存儲量和運算速率的要求可以降低。

波束銳化濾波器事實上就是由FFT所等效的一個多普勒濾波器組，它可以根據各子波束回波的多普勒頻率的不同來區分開各子波束所對應的回波，從而實現波束的分割，達到提高雷達方位分辨能力的目的。為了提高成像質量，在波束銳化濾波器中應采用加權和運動補償等措施，以降低多普勒旁瓣的相互影響以及成像期間由于載機的運動或天線的掃描運動所引起的圖像的退化。

輸出端處理主要完成坐標變換和圖像連接，以便不損失前面處理過程中所獲得的高分辨率和視覺效果，并且保證相繼處理的圖像在積累關系上和幾何關系上都能正確連接起來，以構成一幅完整的圖像。

波束銳化的信號處理過程

在以上介紹波束銳化信號處理的過程中，僅討論了如何在同一距離環帶區域內提高方位分辨率的問題。當采用鄰接的距離門進行分割之后，按以上方法對每個距離門的信號依次進行處理，即可得到二維地圖。

3DBS在某型火控雷達的應用

某型火控雷達是一部多功能、全相參的脈沖多普勒雷達，具有空空和空面兩種工作方式。在對地面和海面進行地圖測繪時，為了獲得高分辨率的圖像，采用了多普勒波束銳化技術。其部分技術指標如表1所示。

某型雷達地圖測繪部分技術指標

搜索區域極限方位方位分辨率

真實波束測繪±45°（方位角范圍±60°）2.4°

低銳化比狀態30°（方位角范圍±(10-60)°）6ˊ

高銳化比狀態8°（方位角范圍±(30-60)°）1.5ˊ

由前面的分析可以看出，一方面，隨著載機不斷向前運動，對于載機前側方的同一個目標來講，方位角θ在不斷增大；另一方面，通過對公式（6）進行求導得到：隨著方位角θ的增大，多普勒頻率fd變化越明顯，在較短的時間內就會超出單個多普勒窄帶濾波器的帶寬范圍，如果需要對局部地區進行長時間的精確測繪，必須對其進行頻率補償。

因此，該火控雷達在地圖測繪的過程中，首先使用真實波束測繪來發現目標。真實波束地圖測繪方式用于粗略識別大型地面目標，它的范圍為機頭兩側±60的區域，角度分辨率基本上與天線波束寬度一致。接下來對感興趣的區域（機頭兩側±(10-60)°范圍內選擇30°）使用低銳化比的多普勒波束銳化，為飛行員提供較為細致的目標顯示，分辨率改進數倍，即波束銳化大約為24：1，但不進行頻率補償，掃描時間較短。。如果此時發現了目標，由于載機的向前運動使得目標方位角θ增大，于是可以對目標區域（機頭兩側±(30-60)°范圍內選擇8°），采用高銳化比的工作方式，對目標區域進行較長時間的掃描，為飛行員提供局部地區更為細致的、接近空中攝影的地貌、地物圖形，波束銳化比可以達到96：1，從而保證有效可靠地辨識目標。

4結束語

通過對該雷達設備的分析可知，實現DBS的信號處理機僅比距離門PD雷達的數字信號處理機復雜一些，它是由采用一系列的微處理機芯片和一些其它的輔助器件組成的位片式微計算機。在飛行過程中，可以在不到2秒的時間內提供一幅高分辨率的雷達地圖，從而滿足了戰術使用的要求。