韓 燕,雷遠(yuǎn)宏

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所數(shù)字陣列技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽合肥230088; 2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所智能情報(bào)處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽合肥230088)

0 引言

隨著航管雷達(dá)對(duì)出行旅游的影響力越來越重要,對(duì)雷達(dá)新功能的要求伴隨著新技術(shù)、新體制的不斷發(fā)展而發(fā)生變化。新一代的航管雷達(dá)除了保障民航飛機(jī)的正常飛行外,還要對(duì)復(fù)雜多變的空間環(huán)境做出響應(yīng),并采取不同的措施進(jìn)行有效處理[1]。航管一次雷達(dá)精細(xì)化點(diǎn)跡處理在距離、方位、幅度上通過對(duì)信號(hào)檢測(cè)回波參數(shù)信息的分析,提取出一組目標(biāo)參數(shù)信息;然后根據(jù)目標(biāo)的一些特征參數(shù)信息,進(jìn)行目標(biāo)的點(diǎn)跡質(zhì)量判別、固定回波/干擾回波/慢動(dòng)回波等有效抑制[2],得到最佳的目標(biāo)參數(shù)信息。點(diǎn)跡處理流程包括初始回波處理、點(diǎn)跡凝聚、點(diǎn)跡濾波。

1 點(diǎn)跡處理設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 初始回波處理算法分析

初始回波處理是點(diǎn)跡處理的前級(jí),通過控制送往點(diǎn)跡凝聚的回波參數(shù)總量,防止點(diǎn)跡處理器過載,確保目標(biāo)點(diǎn)跡的準(zhǔn)確檢測(cè)。初始回波處理將雷達(dá)威力圖按距離和方位劃分為若干個(gè)子單元,對(duì)應(yīng)每個(gè)雷達(dá)子單元,計(jì)算其輸出的過門限回波數(shù)(EP數(shù))。然后根據(jù)初始目標(biāo)處理使能控制參數(shù),判別子單元的EP密度是否大于最大密度門限,大于則根據(jù)EP的歸一化幅度(即幅度與雜波的比值)門限進(jìn)行EP濾波處理。即子單元內(nèi)幅度大于最大幅度或小于最小幅度的EP首先被消除,確保子單元內(nèi)的EP數(shù)保持在一定范圍內(nèi),從而防止個(gè)別子單元由于存在大量EP而形成虛假點(diǎn)跡[2]。圖1給出了初始回波處理的流程圖。

圖1 初始回波處理算法流程圖

1.2 點(diǎn)跡凝聚處理算法分析

點(diǎn)跡凝聚處理在初始回波處理后進(jìn)行,通過分析雷達(dá)威力圖上的EP數(shù)分布,建立一個(gè)基于初始回波在距離、方位、幅度上的相關(guān)模型,采取相應(yīng)的算法設(shè)計(jì),從而提取一組目標(biāo)參數(shù)信息。在實(shí)現(xiàn)方法上,通過設(shè)計(jì)一套通用的軟件架構(gòu)將這些算法有效地串聯(lián)起來[3],并將這些算法細(xì)分為多個(gè)軟件模塊。

點(diǎn)跡凝聚設(shè)計(jì)思想源于雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,已有一套比較成熟的算法,主要涉及到在距離項(xiàng)上的距離凝聚處理、方位項(xiàng)上的方位凝聚處理、仰角項(xiàng)上的目標(biāo)測(cè)高處理、速度項(xiàng)上的解速度模糊處理[3-7]。圖2給出了點(diǎn)跡凝聚處理的流程圖。

1.3 點(diǎn)跡濾波處理算法分析

點(diǎn)跡處理完成點(diǎn)跡凝聚后,點(diǎn)跡需經(jīng)過干擾點(diǎn)跡抑制、固定回波點(diǎn)跡抑制、慢動(dòng)回波點(diǎn)跡抑制和點(diǎn)跡門限四級(jí)濾波處理[1],方能形成最終的一次雷達(dá)點(diǎn)跡,而后再送往數(shù)據(jù)處理。點(diǎn)跡濾波的目的是濾除虛假EP所形成的點(diǎn)跡。干擾區(qū)點(diǎn)跡抑制是在一定的判斷和濾波準(zhǔn)則(即干擾區(qū)參數(shù))約束下,檢查是否存在干擾點(diǎn)跡,并將其濾除。固定回波點(diǎn)跡抑制和慢動(dòng)回波點(diǎn)跡抑制與此類似,按照一定的準(zhǔn)則濾除上述虛假點(diǎn)跡。最后一級(jí)為點(diǎn)跡門限處理,依據(jù)雷達(dá)威力范圍內(nèi)點(diǎn)跡進(jìn)行點(diǎn)跡質(zhì)量判別,對(duì)低質(zhì)量點(diǎn)跡進(jìn)行最后一次有效濾波。圖3給出了點(diǎn)跡濾波處理整個(gè)流程圖。在實(shí)際工程中,由于雷達(dá)功能需求不同,對(duì)于以上四級(jí)濾波處理,可以通過裁減、組合來滿足雷達(dá)系統(tǒng)工程應(yīng)用。

圖2 點(diǎn)跡凝聚處理算法流程圖

圖3 點(diǎn)跡濾波處理算法流程圖

1.3.1 干擾點(diǎn)跡抑制處理

干擾點(diǎn)跡抑制主要目的是減少同頻段相鄰雷達(dá)干擾所造成的虛假點(diǎn)跡數(shù)和其他異步干擾所形成的虛假點(diǎn)跡數(shù),在雷達(dá)終端界面上按距離和方位劃分若干的扇形區(qū)域,計(jì)算扇區(qū)內(nèi)點(diǎn)跡數(shù)量,并與兩個(gè)門限(即干擾數(shù)目的最小值/最大值參數(shù))進(jìn)行比較。當(dāng)點(diǎn)跡數(shù)大于最大值門限,在該區(qū)域內(nèi)檢測(cè)到的點(diǎn)跡將自動(dòng)刪除;當(dāng)點(diǎn)跡數(shù)小于最小值門限,該區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)跡正常處理;點(diǎn)跡數(shù)介于二者之間,點(diǎn)跡將被標(biāo)識(shí)為“干擾點(diǎn)跡”,并在終端界面上顯示但不用于航跡處理;當(dāng)航跡跟蹤窗與干擾區(qū)重疊時(shí),重疊區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)跡將被保留,并用于航跡相關(guān)處理,點(diǎn)跡抑制功能可根據(jù)實(shí)際情況決定是否啟用。

1.3.2 固定回波點(diǎn)跡抑制處理

固定回波點(diǎn)跡抑制主要消除固定雜波區(qū)內(nèi)地物雜波剩余,固定回波點(diǎn)跡的形成主要是由靠近雷達(dá)站附近的地面雜波、城市雜波以及高山反射回波等組成,表現(xiàn)的特征為在固定回波出現(xiàn)的位置信息(距離和方位)基本不變或變化很小,而且不是每幀都出現(xiàn)。針對(duì)這樣的特性,在對(duì)某些位置出現(xiàn)的固定雜波進(jìn)行幀間匹配,如果能夠匹配上則進(jìn)行幀間計(jì)數(shù),然后按照幀間滑窗的方式進(jìn)行準(zhǔn)則提取,滿足一定準(zhǔn)則范圍的雜波目標(biāo)可以判定為固定雜波,當(dāng)航跡跟蹤窗與固定回波重疊時(shí),重疊區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)跡可以用作航跡相關(guān)處理,但需要標(biāo)注為“固定回波點(diǎn)跡”。

1.3.3 慢動(dòng)回波點(diǎn)跡抑制處理

慢動(dòng)回波點(diǎn)跡抑制主要對(duì)公路車輛目標(biāo)點(diǎn)跡、氣象雜波點(diǎn)跡、海洋湖泊船舶點(diǎn)跡等慢速目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化處理,其中氣象雜波點(diǎn)跡可以依據(jù)氣象信息來獲取氣象位置信息進(jìn)行抑制處理,其他慢速目標(biāo)點(diǎn)跡可以通過人工劃分區(qū)域來進(jìn)行抑制處理,其步驟為在雷達(dá)終端界面上按距離和方位劃分若干的慢速目標(biāo)扇區(qū),對(duì)扇區(qū)內(nèi)每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)跡參照形成點(diǎn)跡的EP數(shù)、點(diǎn)跡的相對(duì)幅度、點(diǎn)跡的方位寬度等三要素進(jìn)行點(diǎn)跡質(zhì)量評(píng)估,判別目標(biāo)點(diǎn)跡參數(shù)是否符合質(zhì)量評(píng)估范圍,符合的點(diǎn)跡被標(biāo)識(shí)為“慢動(dòng)回波點(diǎn)跡”。

1.3.4 點(diǎn)跡門限處理

當(dāng)雷達(dá)的局部空域由于點(diǎn)跡過多,影響航跡相關(guān)處理并產(chǎn)生虛假航跡,且通過干擾區(qū)、固定雜波區(qū)和慢動(dòng)回波區(qū)點(diǎn)跡抑制效果不明顯時(shí),可啟動(dòng)點(diǎn)跡門限處理。首先將有效處理空域分為若干環(huán)狀扇區(qū)的子單元,然后依據(jù)每個(gè)子單元點(diǎn)跡的密度啟動(dòng)點(diǎn)跡門限處理功能,按照相應(yīng)的準(zhǔn)則進(jìn)行點(diǎn)跡濾波優(yōu)化處理。點(diǎn)跡門限處理依據(jù)點(diǎn)跡的質(zhì)量等級(jí)特征參數(shù)(包括EP數(shù)等級(jí)、相對(duì)幅度等級(jí)和方位寬度等級(jí)等),動(dòng)態(tài)調(diào)整上述扇區(qū)的點(diǎn)跡濾波參數(shù)或準(zhǔn)則,從而降低虛假點(diǎn)跡數(shù)及其對(duì)航跡相關(guān)處理的影響。點(diǎn)跡門限處理是最后一級(jí)點(diǎn)跡濾波單元,其目的是減少虛假回波所產(chǎn)生的虛假點(diǎn)跡數(shù),并最終降低雷達(dá)的虛警率。點(diǎn)跡門限處理功能啟動(dòng)與否主要取決于扇區(qū)內(nèi)的點(diǎn)跡密度。

2 點(diǎn)跡處理算法驗(yàn)證

點(diǎn)跡處理算法的設(shè)計(jì)可以通過多種方式進(jìn)行驗(yàn)證,其中最直觀的方式是通過顯示終端判別算法實(shí)施的有效性,通過對(duì)比可以觀察點(diǎn)跡處理輸入前/后的目標(biāo)回波變化。圖4給出了信號(hào)處理檢測(cè)后的輸入回波圖,圖5給出了點(diǎn)跡處理后的輸出回波圖。通過上述兩幅圖的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),經(jīng)過初始回波處理、點(diǎn)跡凝聚和點(diǎn)跡濾波三級(jí)處理后的回波數(shù)量明顯減少,并且該方法能夠有效地剔除由干擾回波、固定回波和慢動(dòng)回波等引起的低質(zhì)量等級(jí)點(diǎn)跡,從而提高點(diǎn)跡質(zhì)量。

圖4 信號(hào)處理檢測(cè)后的輸入回波圖

3 結(jié)束語

本文介紹了航管一次雷達(dá)下一種精細(xì)化點(diǎn)跡處理算法,結(jié)合該算法的應(yīng)用,可以對(duì)回波目標(biāo)以及周邊環(huán)境參數(shù)進(jìn)行有效特征提取,提高復(fù)雜環(huán)境下的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)概率,能為工程應(yīng)用提供必要的參考。另外,本文中的一些關(guān)鍵技術(shù)已通過航管一次雷達(dá)的驗(yàn)證,可以通過裁減、組合來滿足雷達(dá)系統(tǒng)工程應(yīng)用。

圖5 點(diǎn)跡處理后的輸出回波圖

[1]陳輝,林強(qiáng),徐敬偉,等.雷達(dá)陣地現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化模糊綜合評(píng)估方法研究[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù),2012,10(6): 574-579.

CHEN Hui,LIN Qiang,XU Jing-wei,et al.The Method of Fuzzy Synthetic Evaluation on Radar Site Optimisation[J].Radar Science and Technology, 2012,10(6):574-579.(in Chinese)

[2]林強(qiáng),譯.TRAC 2000N雷達(dá)優(yōu)化指導(dǎo)手冊(cè)[M].武漢:空軍預(yù)警學(xué)院,2012.

[3]雷遠(yuǎn)宏.地面常規(guī)雷達(dá)體制下的點(diǎn)跡凝聚算法分析[J].硅谷,2012(7):177-178,139.

[4]吳順君,梅曉春.雷達(dá)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.

[5]SKOLNIK M I.雷達(dá)手冊(cè)[M].2版.王軍,林強(qiáng),米慈中,等譯.北京:電子工業(yè)出版社,2003.

[6]周喃.一種基于三坐標(biāo)雷達(dá)的點(diǎn)跡凝聚方法[J].雷達(dá)與對(duì)抗,2013,33(4):46-50.

[7]董巍.基于Vx Works的雷達(dá)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息化研究,2009,35(9):26-28.