[科普中国]-搜索及追踪雷达

发展背景

在现代战争中，随着中、远程防空力量的加强，六十年代以来，各国前线航空兵作战范围及空中袭击区域，在战术上逐渐发展了利用地形、低空、近程、超低空、全方位、多层次、高速突防，同时伴有电子干扰。鉴于目前防空系统的特点，近程低空和超低空突防的可能性越来越大。例如，低空高性能飞机，它可以穿过中、远程警戒雷达防空网，从固定架设的雷达探测区潜入，对战略要点进行突然袭击。为了保护舰船、海岸、地面设施，低空和超低空近程搜索雷达就应运而出，用来填补防空网的间隙和低空盲区，做战略要点的防空监视和空中目标的指示。
因此，现代战争己将我们的注意力转移到目前迫切需要解决的近程低空、超低空防御上，这也是近几年来近程低空搜索雷达迅猛发展的主要原因。对于低空搜索雷达，除具有良好的低空抗干扰能力外，还应具有多目标处理能力和快速反应能力。

搜索及追踪雷达是一种在连续跟踪目标的同时，还继续对空间进行搜索的雷达。它在传统搜索雷达的基础上，借助计算机，能够实现多目标的快速跟踪。要跟踪目标，首先要找出目标的位置参量和运动参量，即要找出一种算法，利用目标的运动规律，对雷达测量数据进行滤波和外推处理，求出目标参量，实现多个目标的航迹(运动轨迹)跟踪。1

跟踪算法跟踪滤波的目的就是根据雷达录取设备提供的目标点迹参数来建立和更新轨迹，并外推下一次天线扫描周期目标出现的位置。为了解决机动目标的跟踪问题，许多学者对此进行了研究，并提出了许多跟踪算法，这些算法在特定条件下对目标机动问题都能进行比较准确的描述。但当条件发生变化时，这些算法的跟踪性能会有不同程度的降低。同时计算量偏大，实施比较困难。

Kalman滤波算法随着现代微处理技术的发展，卡尔曼滤波的计算要求与复杂性已不再成为应用的障碍，并且越来越受到人们的青睐。它的滤波与预测的准则为均方根最小。而且，它在机动目标跟踪中有很多优点：
a.基于目标机动和量测噪声模型的卡尔曼滤波与预测增益序列可以自动选择，这意味着可以通过改变一些关键性参数，相同的滤波器可以适应于不同的机动序列和量测环境。
b.卡尔曼滤波与预测增益序列能自动的适应检测过程的变化，包括采样周期的变化与漏检情况。
c.卡尔曼滤波与预测通过协方差矩阵可以很方便的对估计精度进行度量。
d.通过卡尔曼滤波与预测中残差向量的变化，可以判断原假定的目标模型与实际目标的运动特性是否符合。

自适应滤波算法自适应滤波器是近30年来发展起来的关于信号处理方法和技术的滤波器，其设计方法对滤波器的性能影响很大。维纳滤波器等滤波器设计方法都是建立在信号特征先验知识基础上的。然而,在实际应用中常常无法得到信号特征先验知识，在这种情况下，自适应滤波器能够得到较好的滤波性能。当输入信号的统计特性未知，或者输入信号的统计特性变化时，自适应滤波器能够自动地迭代调节滤波器参数，以满足某种准则的要求，从而实现最优滤波。因此，自适应滤波器具有“自我调节”和跟踪”能力。

相关的坐标系及其定义在搜索及追踪雷达对目标搜索、截获、精确跟踪直至对目标进行攻击，都和坐标系密切相关。机载相控阵雷达对动目标搜索和跟踪中，坐标系问题关系到载机运动补偿、波束稳定、波束预测、目标显示等。

NED坐标系NED（North East Down）坐标系，即“北东地坐标系“”，简称为n坐标系，也叫做导航坐标系，是在导航时根据导航系统工作的需要而选取的用于导航结算的参考坐标系。

NED坐标系各轴的定义：

N——北轴指向地球北；

E——东轴指向地球东；

D——地轴垂直于地球表面并指向下。

惯性坐标系原点选在地球球心，X、 Y、 Z、三轴互相垂直，并各自指向某相应恒天体譬如Z轴指向北极星；地球绕Z轴依右手螺旋方向自转时，在所考虑的问题范围内，近似认为惯性坐标系固连在地球表面上，原点设在地面或者海平面上适当选择的某点;三坐标轴互相垂直，各轴方向视具体情况来规定。
在导航系统中，惯性坐标系是以地球质心、地球平均赤道和平春分点来定义的(近似)准惯性坐标系。该坐标系用来完成导航运动方程积分结算，用来确定飞行体相对于地面的速度和位置机载雷达组合导航系统给出的本机位置和速度均建立在本坐标系下。

机体坐标系原点取在载机质心上，X定为载机纵轴机头正向;Y取为右机翼正向;Z方向由右手螺旋定则确定，并朝向机身下方。

在天线直线和载机固连时，雷达得到的量测信息都是目标相对于运载体的相对运动信息此时的机体坐标系和天线坐标系一致。

雷达天线坐标系机载雷达天线坐标系的定义:原点设在载机上，并与NED坐标系和载机坐标系同心;:轴沿雷达天线光学轴向。x、y是与z垂直的一对正交轴。xyz三轴构成右手坐标系。2