利用实际地形数据验证高分辨测距算法精度的仿真实验

利用DEM地形高度数据，提取了国内某区域内的地形高程，面积为300 m×300 m，用于对章节提出的定距算法进行仿真实验，增加地杂波干扰以及接收机的噪声。某实际DEM地形高程数据如图5-11所示。

图5-11　某实际DEM地形高程数据

图5-11中，利用柱状图表示最小分辨单元的地形高程数据，设载弹在某一时刻由方位向中点处进入该地形斜上空，沿着距离向前进，且上述区域为最终目标区域。而增加了接收机噪声后的脉冲信号回波频谱可以表示为

式中，Tg为接收机门限长度；f0为脉冲重复频率；Bs为回波信号多普勒频移；Pd为差信道输入功率［由式（5-63）计算所得］；k为玻尔兹曼常数；T为接收机温度；F为噪声。设载弹高度保持不变，探测器阵面与地面所成夹角改变，得到的探测区域测距结果如图5-12所示。

图5-12　载弹高度100 m时分别在40°～75°条件下的目标区域测距结果

（a）高度100 m，波束角度40°；（b）高度100 m，波束角度45°；
（c）高度100 m，波束角度50°；（d）高度100 m，波束角度55°

图5-12　载弹高度100 m，分别在40°～75°条件下的目标区域测距结果（续）

（e）高度100 m，波束角度60°；（f）高度100 m，波束角度65°；
（g）高度100 m，波束角度70°；（h）高度100 m，波束角度75°(www.xing528.com)

弹载探测器对目标区域的高度测量结果为图5-12中的覆盖区域。对于提取的地形高程，在载弹高度100 m、波束角度为40°～75°条件下利用章节提出的前视测距算法进行仿真实验，得到的覆盖层即为仿真测量结果，仿真误差如图5-13所示。

图5-13　不同情况下的定距误差

（a）高度100 m，波束角度40°误差；（b）高度100 m，波束角度45°误差；
（c）高度100 m，波束角度50°误差；（d）高度100 m，波束角度55°误差；
（e）高度100 m，波束角度60°误差；（f）高度100 m，波束角度65°误差；

图5-13　不同情况下的定距误差（续）

（g）高度100 m，波束角度70°误差；（h）高度100 m，波束角度75°误差

仿真得到不同测量角度下的测距误差，对比图5-12与图5-13的测距结果，可以得到弹载探测器的测距误差主要分布在地形起伏较大区域，在平坦区域的测量误差处于整个测量区域的最小值。通过一系列仿真实验，利用提出的基于分步脉冲压缩的弹载探测器测距算法的平均误差为7.8%，平均误差最大值为2.3 m。

针对弹载相控阵探测器高分辨测距问题，本章首先对弹载相控阵探测器的发射信号体制进行研究，采用LFM-SF复合信号能够适应较大的测距范围，同时可以消除由于单一信号造成的测距盲区；建立了高分辨测距模型，提出利用分步距离向脉冲压缩测距算法，在回波信号处理过程中对距离信息进行有效提取；同时，为降低载弹质心与探测器天线位置之间产生的定距误差，建立误差补偿模型，推导了由于探测器天线与载弹质心位置之间的偏差造成前视定距的误差［式（5-62）］，在实际的定距过程中可通过该推导结果一定程度上将天线处的定距结果转移至质心处。最后利用一系列的仿真实验对定距算法进行验证，利用嵌入式阵元模拟探测器前视方向图幅度数据进行算法验证。

仿真结果表明：

（1）LFM-SF能够克服由单一调制信号所引起的测距盲区，同时回波信号可通过脉冲压缩获取高分辨目标区域的距离信息。

（2）基于分步脉冲压缩的高分辨测距算法用于距离向目标回波的解调，从而在不同的测距范围内获得弹目高精度测距结果，利用实测地杂波数据模拟目标区域，最终得到对单一目标区域的定距误差为0.65 m，对前视目标区域测距平均误差为2.3 m，能够满足探测器前视定距的预设要求。