1、ELECTRONICSQUALITYELECTRONICS QUALITY基于雷达信噪比的目标跟踪模型设计与分析巴文祥，雷星，刘兵（陕西黄河集团有限公司设计研究所，陕西 西安710043）摘 要：随着现代战争的发展，雷达在电子对抗中的运用显得尤为重要，其可以为武器系统提供目标指示和引导。雷达最主要的技术指标是威力、精度和跟踪能力，采用外弹道测试可以准确地验证雷达的跟踪能力。针对导弹这一典型目标，通过目标与雷达之间的夹角、速度、距离和RCS等外弹道测量数据进行建模和分析，设计了一种基于雷达信噪比的目标跟踪模型，计算每一时刻的信噪比，通过软件仿真数据绘制跟踪曲线，来反映目标的跟踪情况，可以有效地评
2、估雷达跟踪能力和跟踪算法的可行性。关键词：雷达；弹道；信噪比；目标跟踪；模型；仿真中国分类号：TN 955+.2文献标识码：A文章编号：1003-0107（2023）02-0052-03doi:10.3969/j.issn.1003-0107.2023.02.011Design and Analysis of Target Tracking Model Based on RadarSignal-to-Noise RatioBA Wenxiang，LEI Xing，LIU Bing（Institute of Design of Shaanxi Huanghe Group Co.，Ltd.，Xia
3、n 710043，China）Abstract：With the development of modern warfare，the application of radar in electronic countermeasures is particu-larly important，and it can provide target indication and guidance for weapon systems.The most important technicalindicators of radar are power，accuracy and tracking abilit
4、y.External ballistic test can accurately verify the tracking a-bility of radar.Aiming at a typical target such as a missile，through modeling and data analysis of the angle，velocity，distance between the target and radar，as well as RCS and other external ballistic measurement data，a target track-ing m
5、odel based on the radar signal to noise ratio is designed，which calculates the signal to noise ratio at each time.The tracking curve is drawn through software simulation data to reflect the target tracking situation，which can effec-tively evaluate the radar tracking ability and the feasibility of th
6、e tracking algorithm.Keywords：radar；ballistic；signal-to-noise ratio；target tracking；model；simulation收稿日期：2022-11-24作者简介：巴文祥（1989），男，陕西西安人，陕西黄河集团设计研究所工程师，硕士，从事雷达系统线路设计与研发工作。0引言雷达是近代战争中重要的电子装备，它可以为武器系统提供目标指示和引导。而衡量一部雷达装备技术性能的优劣，最主要的指标就是雷达的威力、精度和跟踪能力。在雷达性能指标的考核中，外弹道测试是最常见，也是最直接、最有效的测试方法，采用雷达外弹道测试，可以准确地
7、验证雷达的跟踪能力及雷达跟踪算法是否可行。近年来，新材料、新技术在军用装备制造领域取得了日新月异的飞速发展，尤其在导弹类典型目标中的应用，使得目标的隐身性能和运动特性得到了大幅度的提高，这就需要雷达的跟踪能力和522023.02ELECTRONICS QUALITY跟踪算法得到适应性的提升，那样就可以适应当下各种新兴的目标类型。本文针对导弹这一典型目标，通过分析目标与雷达之间的夹角、速度、距离和目标散射面积等数据，设计出一种基于雷达信噪比的目标跟踪模型，通过仿真数据来反映目标的跟踪情况，对验证和评估雷达的跟踪能力和目标跟踪算法的可行性显得尤为重要1-3。1外弹道运动模型针对雷达跟踪和外弹道测试
8、，雷达架设位置的选择尤为重要，目标跟踪范围越大测试精度越低。对于无法准确获得目标初始位置的情况，则需要多部雷达配合协同测试，通常情况下使用精度低的两坐标或者三坐标雷达提供引导信息，将雷达测量数据传给末端的精密跟踪雷达，用精密跟踪雷达的外弹道测试数据进行建模和数据分析，完成实测外弹道测量数据和目标跟踪算法的结合，来评估雷达跟踪能力和验证跟踪算法的可行性4-6。外弹道运动模型如图1所示。2雷达方程雷达发射功率为Pt，天线主瓣方向增益为Gt，目标距离为R，则雷达功率密度S1为：S1=Pt4R2Gt（1）雷达散射截面积（RCS）为，假设目标完全无损耗反射，则散射总功率为：P2=S1=Pt4RGt（2）
9、此时，雷达接收回波信号功率密度为：S2=P24R2=P1（4R2）2Gt（3）假设雷达天线的接收面积为Ar，可以得到雷达天线接收回波信号的功率Pr为：Pr=PtGt4R24R2Ar（4）当雷达在最大作用距离Rmax时的回波信号的功率和最小可检测的信号功率密度Smin相等的时候，则有：Rmax=PtGAr（4）2Smin1/4（5）设雷达波长为，发射增益与接收面积的关系为：Gr=4Ar2（6）把式（6）代入式（5），可以得出两种形式雷达方程：Rmax=PtG2（4）3Smin1/4（7）Rmax=PtAr242Smin1/4（8）通过雷达方程式不难看出，雷达的作用距离与雷达发射功率、雷达天线增益
10、、雷达信号波长（频率）和雷达散射截面积（RCS），以及空间损耗等因素有关。3目标跟踪模型3.1 跟踪算法在雷达架设完成后，根据雷达和每一时刻的目 标 位 置 的 坐 标，带 入 公 式R=（x0-xr）2+（y0-yr）2+（z0-zr）2姨，以目标质心为基准，根据模拟目标飞行轨迹，依次获得3个连续点，求出每一点的直线方程，来近似每一点的切线方程。根据雷达架设坐标和目标的每一时刻飞行轨迹坐标，利用空间直线夹角公式cos=a軆b軋|a軆|b軋|则可以得到雷达与运动目标之间的夹角。目标散射截面积在实际测量中很难获得。利用雷达信噪比的目标跟踪模型，目标散射截面积参数可以有效地应用到目标跟踪算法中，通
11、过目标跟踪算法模型可以仿真得出动态的RCS数据，如图2所示，依据雷达位置坐标与每一时刻目标飞行位置所成夹角进行数据分析和读取，在仿真软件上实现不同角度下目标散射截面积的变化趋势7-8。图1外弹道运动模型无 线 通 信 技 术Wireless Communication Technology53ELECTRONICSQUALITYELECTRONICS QUALITY3.2 跟踪流程雷达的跟踪能力反映雷达性能的优劣，其跟踪算法的可行性关系到整个外弹道测试的成败。通过分析每一时刻目标与雷达之间的夹角、速度、距离和目标散射面积等测量数据，计算每一时刻的雷达信噪比。从外弹道起始时刻开始，按特定的时钟步
12、长进行推演，对每一时刻的目标飞行数据及测量信息进行跟踪、分析和计算，直到目标飞行结束。具体跟踪流程如图3所示。4测试结果分析通过仿真软件，评估动态变量，结合固定参数和目标特性数据，即：目标与雷达之间的速度、夹角、距离和RCS等测量数据，利用已经建立的信噪比模型，计算每一时刻的信噪比。对相同时间、弹道和雷达架设位置下的雷达跟踪信号强度进行数据融合、平滑显示，得到的目标跟踪雷达信号强度的趋势变化图如图4所示。通过雷达信号强度曲线，可以看出跟踪信号强度随着时间的增加逐渐减弱，随着目标与雷达之间距离的增加，雷达跟踪信号强度也随之减弱。5结束语本文通过雷达方程，对影响雷达跟踪能力的因素进行分析，在此基础
13、上提出了一种基于雷达信噪比的目标跟踪模型，通过雷达外弹道测试系统，绘制雷达信号强度曲线，可以预先评估雷达跟踪能力和跟踪算法的可行性。参考文献：1吕雅柔，卢岩辉，谢玉龙.一种基于VPX架构的多通道雷达回波模拟器设计J.制导与引信，2020，41（2）：51-56；60.2李文海，姜晋云，孙伟超，等.一种降低雷达模拟器交叠 脉 冲 丢 失 率 的 方 法 J.兵 器 装 备 工 程 学 报，2020，41（4）：129-132.3朱小勇，冉黎林.一种二维角位置模拟器的设计J.电子质量，2020（7）：47-50.4胡申森，严卫，赵小峰，等.俯视电波折射修正及其在俯 视 雷 达 信 号 接 收 中
14、的 应 用J.电 波 科 学 学 报，2020，35（6）：902-907.5魏宏安，兰金伙，赖黄政，等.毫米波雷达的车辆行为监控技术研究与应用J.单片机与嵌入式系统应用，2020，20（12）：35-39.6付哲泉，李尚生，李相平，等.基于高效可扩展改进残差结构神经网络的舰船目标识别技术J.电子与信息学报，2020，42（12）：3005-3012.7赵晨帆，王萍，邢冠培，等.卷积神经网络应用于雷达目标检测J.导弹与航天运载技术，2020（6）：84-90.8冯丽源，聂祥飞，张月，等.地基InSAR干涉图像相位滤波算法J.北京测绘，2020，34（12）：1804-1809.图2导弹RCS数值变化图RCS/dbm220100-10-20-3050100150200250300350400角度/图3跟踪流程图图4雷达信号强度曲线14012010080604020020406080 100 120 140 160 180信噪比/dbt/s54
