數(shù)據(jù)融合在艦炮系統(tǒng)低角跟蹤中的應(yīng)用

　　1 引言

　　現(xiàn)代海戰(zhàn)中，飛機(jī)或?qū)椀牡涂?、超低空突襲，尤其是具有“低、小、快”戰(zhàn)術(shù)特性的掠海導(dǎo)彈，對(duì)水面艦艇的安全構(gòu)成極大的威脅。因受到地球曲率、多路徑效應(yīng)、背景雜波的影響，以及隱身技術(shù)的廣泛采用，雷達(dá)在較遠(yuǎn)的距離，發(fā)現(xiàn)和穩(wěn)定跟蹤掠海導(dǎo)彈較困難，即使在近距離上發(fā)現(xiàn)和跟蹤這樣的高速目標(biāo)，防御武器系統(tǒng)也很難有充足的反應(yīng)時(shí)間。因此，水面艦艇探測(cè)系統(tǒng)必須解決好對(duì)低空掠海導(dǎo)彈的發(fā)現(xiàn)及穩(wěn)定跟蹤問(wèn)題，保證艦載武器和系統(tǒng)能有效地?cái)r截低空、超低空目標(biāo)。

　　艦炮系統(tǒng)中一般配有火控雷達(dá)和光電系統(tǒng)等探測(cè)設(shè)備，這些傳感器一般只起互補(bǔ)的作用，一種傳感器由于被干擾或故障不能作用時(shí)，改用另一種傳感器。在多傳感器的使用上，僅僅做了優(yōu)化選擇，各種傳感器的信息沒(méi)有進(jìn)行真正意義上的融合。若能充分利用這兩種傳感器的各自優(yōu)點(diǎn)，采用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)、復(fù)合跟蹤技術(shù)，可極大的提高艦炮系統(tǒng)對(duì)低空目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和跟蹤性能。

　　2 海面低空目標(biāo)多路徑效應(yīng)

　　2.1 多路徑幾何模型

　　雷達(dá)在探測(cè)低空掠海飛行的目標(biāo)時(shí)，天線具有一定的仰角。雷達(dá)波束照射目標(biāo)的同時(shí)必然會(huì)照射一定區(qū)域的海面，回波信號(hào)有可能直接或經(jīng)過(guò)海面反射后到達(dá)雷達(dá)接收天線。直達(dá)波和反射波相互干涉，引起仰角誤差信號(hào)在幅度和相位上發(fā)生變化，引起的誤差為多路徑誤差。

　　海面多路徑反射分為兩部分：鏡面反射和漫反射。

　　(1) 鏡面反射：鏡面反射波與直達(dá)波是相關(guān)的，他滿足瑞利判據(jù)，即：

　　其中：△h是反射面高度的變化，Ψ是擦低角，λ是波長(zhǎng)。如圖1所示。

　　(2) 漫反射：在海面除了鏡面反射，還有漫反射，他隨海水的運(yùn)動(dòng)起伏，漫反射波與直達(dá)波是不相關(guān)的，是由海面前向散射分量形成，多普勒頻移與直達(dá)波基本相同。

　　2.2 多路徑效應(yīng)對(duì)角跟蹤系統(tǒng)的影響

　　多路徑效應(yīng)對(duì)雷達(dá)低空目標(biāo)跟蹤的主要影響表現(xiàn)在俯仰角上，根據(jù)反射信號(hào)(或鏡像目標(biāo))進(jìn)入的雷達(dá)波束區(qū)域，分為3種誤差區(qū)域：

　　2.2.1 副瓣反射區(qū)

　　在副瓣反射區(qū)內(nèi)，誤差主要是由鏡面反射引起的，主波束不照射到反射表面，反射信號(hào)指通過(guò)天線波束的副瓣進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，多路徑誤差是周期性的，其均方根誤差為：

　　其中，θB是天線仰角波瓣寬度，Gsc是波瓣主瓣的峰值功率與鏡像信號(hào)所在角度上的差波瓣旁瓣的峰值功率之比。

　　2.2.2 主瓣反射區(qū)

　　當(dāng)目標(biāo)仰角低到跟蹤雷達(dá)的主瓣一側(cè)照射表面時(shí)，反射信號(hào)將進(jìn)入主瓣。跟蹤誤差為：

　　其中，△t∑t是直射波方向的差信號(hào)與和信號(hào)，△r∑t是反射波方向的差信號(hào)與和信號(hào)，ρ是表面反射系數(shù)，a是反射信號(hào)相對(duì)直射信號(hào)的總相移。

　　2.2.3 水平反射區(qū)

　　目標(biāo)信號(hào)與反射信號(hào)在俯仰方向上非常接近，同時(shí)進(jìn)入天線主瓣，接受信號(hào)功率衰落很大，此時(shí)，多路徑誤差為兩個(gè)反射體目標(biāo)的閃爍誤差。跟蹤誤差為：

　　其中，e是相對(duì)于目標(biāo)的距離誤差，ρ是表面反射系數(shù)，φr為直射路徑與反射路徑的路程差。

　　以單脈沖雷達(dá)為例仿真，假設(shè)目標(biāo)高度為10 m，天線高度為15 m，反射系數(shù)ρ=0.8，勻速直線向雷達(dá)方向飛行，多路徑效應(yīng)隨距離變化，引起的俯仰角誤差如圖2所示。

　　從圖2可以看出，雷達(dá)跟蹤低空掠海目標(biāo)時(shí)，多路徑效應(yīng)將嚴(yán)重目標(biāo)俯仰角的測(cè)量，這種誤差可分為兩種：一種是高信噪比階段時(shí)近似恒定的偏差，另一種是低信噪比階段時(shí)的尖峰誤差。尖峰誤差出現(xiàn)在直達(dá)波和反射波的相位差約180