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(1.中國電子科技集團公司第三十八研究所， 安徽合肥 230088；2.安徽國際商務(wù)職業(yè)學(xué)院， 安徽合肥 230051)

0 引言

隨著現(xiàn)代化戰(zhàn)爭對雷達裝備性能要求的不斷提高，雷達精度指標(biāo)作為地面情報雷達的主要作戰(zhàn)指標(biāo)，越來越受到部隊、雷達生產(chǎn)廠家的重視。目前，雷達精度評估工作作為雷達裝備定型工作的一部分，主要由部隊專門機構(gòu)負責(zé)進行考核，主要是利用有人駕駛飛機雷達探測數(shù)據(jù)和高精度探測雷達數(shù)據(jù)來評估雷達精度，往往周期較長，組織實施不方便[1]；當(dāng)雷達設(shè)計定型批產(chǎn)后，由于裝配工藝以及不同批次雷達性能上的差異，各雷達本身在精度上往往存在較大的差異，難以保證滿足精度指標(biāo)要求，而且缺乏有效手段對批產(chǎn)雷達精度指標(biāo)進行評估。

本文設(shè)計的雷達精度評估系統(tǒng)，利用當(dāng)前主流的目標(biāo)定位設(shè)備，如差分GPS、手持式GPS、ADS-B、高精度測量雷達等，通過對多種目標(biāo)定位設(shè)備數(shù)據(jù)輸出接口歸一化處理，采用數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)篩選以及交互式查詢等文件處理方式，按照GJB 74A—1998規(guī)定的雷達精度等指標(biāo)計算方法對雷達精度指標(biāo)進行評估，并以比較直觀的方式顯示各雷達參數(shù)精度分析結(jié)果，有效地解決了雷達精度指標(biāo)評估相關(guān)工作，為雷達精度試驗的開展提供了多種有效的方法和途徑。

1 雷達精度評估系統(tǒng)

雷達精度評估系統(tǒng)的主要功能是按照雷達上報輸出標(biāo)準(zhǔn)格式要求，實時采集雷達輸出的目標(biāo)數(shù)據(jù)，并按照統(tǒng)一的雷達數(shù)據(jù)文件格式要求進行存儲，能夠?qū)Χ喾N目標(biāo)定位設(shè)備存儲的數(shù)據(jù)格式進行導(dǎo)入解析，歸一化成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)文件格式，通過導(dǎo)入雷達數(shù)據(jù)文件和目標(biāo)定位設(shè)備數(shù)據(jù)文件，采用數(shù)據(jù)篩選、交互式查詢等多種處理方式，對雷達數(shù)據(jù)文件中的每一組數(shù)據(jù)按照時間標(biāo)簽要求在目標(biāo)定位設(shè)備數(shù)據(jù)文件中進行插值處理，從而產(chǎn)生目標(biāo)數(shù)據(jù)所對應(yīng)的真值數(shù)據(jù)文件，再參照國軍標(biāo)規(guī)定的精度指標(biāo)計算方法對目標(biāo)距離、方位、高度精度指標(biāo)進行計算，最終得到各項參數(shù)精度指標(biāo)以及比較直觀的顯示結(jié)果。

1.1 系統(tǒng)組成

雷達精度評估系統(tǒng)主要由目標(biāo)定位設(shè)備、雷達終端(或雷達存儲數(shù)據(jù))、精度評估軟件、筆記本電腦以及若干線纜組成。其中，目標(biāo)定位設(shè)備主要包括差分GPS、手持式GPS、ADS-B、高精度測量雷達等，每一類型定位設(shè)備在正常使用后均能產(chǎn)生對應(yīng)格式的數(shù)據(jù)文件，系統(tǒng)通過參數(shù)配置后能夠適應(yīng)多種定位設(shè)備的數(shù)據(jù)接口要求，用戶可根據(jù)自身需求靈活配置；雷達終端的主要作用是向評估軟件發(fā)送雷達探測到的目標(biāo)數(shù)據(jù)，可通過網(wǎng)絡(luò)或串口連接到評估系統(tǒng)，或通過對評估軟件進行數(shù)據(jù)接口配置，以數(shù)據(jù)文件方式導(dǎo)入到評估系統(tǒng)中；精度評估軟件是該系統(tǒng)的核心部分，能夠?qū)⒗走_數(shù)據(jù)文件和目標(biāo)定位設(shè)備數(shù)據(jù)文件進行配置、導(dǎo)入、篩選、比較、分析等操作，最終得到雷達精度評估結(jié)果；筆記本電腦是精度評估軟件運行的硬件平臺，只要安裝Windows操作系統(tǒng)即可，對其他配置沒有明顯要求；線纜主要包括網(wǎng)絡(luò)、串口等線纜，主要用于連接評估系統(tǒng)內(nèi)各組成設(shè)備。雷達精度評估系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 雷達精度評估系統(tǒng)組成

1.2 工作原理

雷達精度評估系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)或串口實時采集雷達輸出的情報數(shù)據(jù)，并自動轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，當(dāng)雷達輸出格式不是標(biāo)準(zhǔn)格式時，能夠通過對評估系統(tǒng)進行雷達參數(shù)配置后，將雷達終端存儲數(shù)據(jù)導(dǎo)入到評估系統(tǒng)；對于ADS-B設(shè)備，評估軟件能夠通過網(wǎng)絡(luò)實時接收民航目標(biāo)飛行數(shù)據(jù)，主要包括飛機的經(jīng)度、緯度、高度、時間、類別信息、位置導(dǎo)航精確度等[2-3]，并將這些數(shù)據(jù)進行存儲；對于差分GPS、手持式GPS設(shè)備，可根據(jù)設(shè)備使用要求，將設(shè)備搭載在需要探測的目標(biāo)設(shè)備上，通過事后數(shù)據(jù)導(dǎo)入到筆記本中，通過配置定位設(shè)備參數(shù)將其導(dǎo)入到評估軟件中；對于高精度測量雷達，可以根據(jù)其數(shù)據(jù)存儲格式要求對評估軟件進行配置，保證高精度測量雷達數(shù)據(jù)能夠?qū)氲皆u估系統(tǒng)中。在雷達數(shù)據(jù)和定位設(shè)備數(shù)據(jù)均導(dǎo)入至評估系統(tǒng)后，系統(tǒng)根據(jù)雷達數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計出當(dāng)前數(shù)據(jù)包含的目標(biāo)數(shù)量以及對應(yīng)的目標(biāo)批號列表，選擇需要進行精度評估的目標(biāo)批號，則系統(tǒng)會將包含該批號的雷達數(shù)據(jù)篩選并分離出來，再根據(jù)目標(biāo)定位數(shù)據(jù)類型，配置對應(yīng)的目標(biāo)定位數(shù)據(jù)參數(shù)。當(dāng)定位數(shù)據(jù)為ADS-B數(shù)據(jù)時，導(dǎo)入ADS-B數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)會自動統(tǒng)計出當(dāng)前數(shù)據(jù)包含的所有民航ICAO識別碼，可根據(jù)需要選擇對應(yīng)的識別碼，系統(tǒng)會進行數(shù)據(jù)篩選并自動轉(zhuǎn)成對應(yīng)的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)；當(dāng)定位數(shù)據(jù)為差分GPS、手持式GPS設(shè)備時，導(dǎo)入數(shù)據(jù)文件后系統(tǒng)自動生成極坐標(biāo)數(shù)據(jù)；當(dāng)定位數(shù)據(jù)為高精度測量雷達時，需要指定對應(yīng)的配置參數(shù)，當(dāng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入后會根據(jù)配置參數(shù)查找對應(yīng)的數(shù)據(jù)項，并自動生成極坐標(biāo)數(shù)據(jù)。當(dāng)雷達數(shù)據(jù)與定位設(shè)備數(shù)據(jù)均成功導(dǎo)入并分離出待評估的數(shù)據(jù)后，采用數(shù)據(jù)篩選、交互式查詢等多種處理方式對分離后的雷達數(shù)據(jù)文件中每一組數(shù)據(jù)按照時間標(biāo)簽在目標(biāo)定位設(shè)備數(shù)據(jù)文件中進行插值處理，從而產(chǎn)生目標(biāo)數(shù)據(jù)所對應(yīng)的真值數(shù)據(jù)文件，最終計算出雷達各參數(shù)精度，并直觀顯示評估結(jié)果。精度評估主要流程如圖2所示。

圖2 雷達精度評估流程圖

1.3 數(shù)據(jù)接口歸一化設(shè)計

由于定位設(shè)備數(shù)據(jù)和雷達數(shù)據(jù)格式的多樣性，在進行雷達裝備精度評估時，往往需要針對這些數(shù)據(jù)做許多數(shù)據(jù)預(yù)處理工作，當(dāng)待處理的文件數(shù)量比較多時，不僅處理過程比較繁瑣，而且重復(fù)性工作較多，大大降低了工作效率。本文設(shè)計的雷達精度評估系統(tǒng)充分考慮了各定位設(shè)備數(shù)據(jù)與雷達數(shù)據(jù)格式的多樣性，采用了數(shù)據(jù)接口歸一化設(shè)計，將多種格式、多種類型的數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)配置的參數(shù)自動進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的雷達數(shù)據(jù)格式，再進行后續(xù)雷達精度評估工作。通過數(shù)據(jù)接口歸一化設(shè)計，減少了大量數(shù)據(jù)的預(yù)處理重復(fù)過程，提高了雷達精度評估工作效率，有效地解決了系統(tǒng)對各類設(shè)備的兼容性問題。

對于雷達目標(biāo)數(shù)據(jù)的歸一化設(shè)計，首先要定義關(guān)鍵數(shù)據(jù)項及其量綱，所謂關(guān)鍵數(shù)據(jù)項是指雷達精度評估系統(tǒng)在進行雷達精度計算時需要用到的數(shù)據(jù)項，如數(shù)據(jù)文件總列數(shù)、時間、方位、距離、高度等。通過參數(shù)配置把關(guān)鍵數(shù)據(jù)項在數(shù)據(jù)文件中的位置指定后，系統(tǒng)在進行雷達數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入時，首先把目標(biāo)批號提取出來，由用戶來選擇需要進行精度評估的目標(biāo)批號，當(dāng)目標(biāo)批號確定后，就能從數(shù)據(jù)文件中快速導(dǎo)入和篩選出與當(dāng)前批號相關(guān)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)項，從而形成了統(tǒng)一的雷達數(shù)據(jù)格式。雷達精度評估關(guān)鍵數(shù)據(jù)項在數(shù)據(jù)文件中對應(yīng)的列參數(shù)在不重復(fù)的情況下可以任意指定，其對應(yīng)關(guān)系如圖3所示，大大方便了雷達數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入到雷達精度評估系統(tǒng)中。圖4是評估系統(tǒng)雷達數(shù)據(jù)文件參數(shù)設(shè)置對話框，選擇標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件格式復(fù)選框，各關(guān)鍵數(shù)據(jù)項所對應(yīng)的參數(shù)能夠自動生成，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件格式能夠根據(jù)實際情況進行修改，增強了系統(tǒng)在使用過程中的靈活性。圖5是評估系統(tǒng)在雷達數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入后的批號選擇框。

圖3 雷達精度評估關(guān)鍵數(shù)據(jù)項與數(shù)據(jù)文件中的位置關(guān)系

圖4 關(guān)鍵數(shù)據(jù)項在雷達數(shù)據(jù)文件中的參數(shù)設(shè)置對話框

圖5 評估系統(tǒng)目標(biāo)批號選擇與ADS-B數(shù)據(jù)航班ICAO識別碼選擇框

目標(biāo)定位設(shè)備主要依托于GPS定位，它是一種全天候的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，能為用戶提供連續(xù)、實時的三維位置信息，其在測量、導(dǎo)航、測速等方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[4]，隨著人們對GPS認識的不斷加深，其應(yīng)用的領(lǐng)域也在不斷擴大。本文針對目前市場上主流的目標(biāo)定位設(shè)備，如手持式GPS、差分GPS、ADS-B等，采用數(shù)據(jù)接口歸一化設(shè)計，通過對應(yīng)的軟件解析模塊把對應(yīng)格式的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入到雷達評估系統(tǒng)內(nèi)，提取出必要的數(shù)據(jù)項，并將大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)[5]，形成統(tǒng)一的目標(biāo)定位數(shù)據(jù)格式。圖6是不同目標(biāo)定位設(shè)備的數(shù)據(jù)格式與目標(biāo)定位設(shè)備選擇對話框，圖6(a)～圖6(c)分別對應(yīng)著手持式GPS、差分GPS、ADS-B設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲格式，圖6(d)是目標(biāo)定位設(shè)備選擇對話框，如果采用的目標(biāo)定位設(shè)備是其他設(shè)備，可根據(jù)其數(shù)據(jù)存儲格式要求自定義數(shù)據(jù)文件配置參數(shù)。對于高精度測量雷達來說，可以參照雷達數(shù)據(jù)文件的關(guān)鍵數(shù)據(jù)導(dǎo)入方式按照配置參數(shù)進行導(dǎo)入。這里需要說明，對于ADS-B數(shù)據(jù)格式來說，由于其包含了多個民航飛機目標(biāo)數(shù)據(jù)，在進行數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入時，首先根據(jù)圖5所示單擊GPS文件按鈕，選擇對應(yīng)的ADS-B數(shù)據(jù)文件，當(dāng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)文件后，系統(tǒng)會解析并顯示數(shù)據(jù)文件中所有記錄的航班ICAO識別碼，再根據(jù)需要評估的雷達批號選擇對應(yīng)的航班ICAO識別碼。

(a)手持式GPS目標(biāo)數(shù)據(jù)儲存格式

(b)差分GPS目標(biāo)數(shù)據(jù)儲存格式

(c) ADS-B目標(biāo)數(shù)據(jù)儲存格式

(d)目標(biāo)定位設(shè)備選擇對話框圖6 目標(biāo)定位設(shè)備數(shù)據(jù)儲存格式和目標(biāo)定位設(shè)備選擇對話框

1.4 基于數(shù)據(jù)文件的精度分析方法

當(dāng)雷達數(shù)據(jù)文件和定位設(shè)備數(shù)據(jù)文件均導(dǎo)入到雷達精度評估系統(tǒng)后，點擊圖5所示的精度分析按鈕，評估系統(tǒng)會遍歷統(tǒng)一格式后的雷達數(shù)據(jù)文件，提取該文件每一組雷達數(shù)據(jù)包含的時間數(shù)據(jù)，再通過目標(biāo)定位數(shù)據(jù)文件查找出與該時間數(shù)據(jù)項最為接近的兩組目標(biāo)定位數(shù)據(jù)，并按時間關(guān)系對這兩組目標(biāo)定位數(shù)據(jù)進行插值處理，得到對應(yīng)的目標(biāo)真值數(shù)據(jù)，將該組雷達數(shù)據(jù)與對應(yīng)的真值數(shù)據(jù)按要求進行存儲，按此方法遍歷雷達數(shù)據(jù)文件中全部數(shù)據(jù)，最終得到一個用于雷達精度評估的數(shù)據(jù)文件，點擊圖5所示的精度分析按鈕，評估系統(tǒng)自動計算出雷達距離、方位、高度精度，并直觀顯示精度評估結(jié)果。

2 試驗結(jié)果

圖7是本文設(shè)計的雷達精度評估系統(tǒng)對某型號雷達在研制過程中的單個架次目標(biāo)距離精度分析結(jié)果，該系統(tǒng)實時采集雷達終端航跡數(shù)據(jù)和ADS-B定位設(shè)備數(shù)據(jù)，當(dāng)樣本數(shù)滿足精度計算要求時，停止采集數(shù)據(jù)，形成對應(yīng)的雷達數(shù)據(jù)文件和目標(biāo)定位數(shù)據(jù)文件，通過評估系統(tǒng)分別導(dǎo)入這兩組數(shù)據(jù)文件，如圖5所示，分別選擇某一批次目標(biāo)和對應(yīng)的航班ICAO識別碼，再點擊精度分析按鈕，系統(tǒng)就會自動統(tǒng)計出本批目標(biāo)的精度分析結(jié)果，圖7是該型號雷達距離精度分析結(jié)果，雷達距離系統(tǒng)誤差為20.043 m，方差為60.093 m，方位和高度精度分析結(jié)果這里不再一一顯示。如果需要進行多個架次目標(biāo)精度合成，可以保存每一架次的雷達精度分析結(jié)果，滿足架次樣本數(shù)要求后再進行雷達精度合成計算。這里有兩點需要說明：第一，在單個批次雷達精度計算過程中，對于大于3倍標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)據(jù)需要進行野值剔除，不參與雷達精度計算；第二，對于差分GPS、手持式GPS定位設(shè)備由于其數(shù)據(jù)文件記錄的為單個批次目標(biāo)數(shù)據(jù)，只能進行單個批次的雷達精度分析，如果需要多個架次目標(biāo)精度合成，則需要多次重復(fù)有關(guān)試驗過程。

圖7 雷達精度評估系統(tǒng)距離精度分析結(jié)果

3 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種基于目標(biāo)定位設(shè)備的雷達精度評估系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r接收雷達上報的多種標(biāo)準(zhǔn)格式航跡數(shù)據(jù)和ADS-B設(shè)備數(shù)據(jù)，采用了數(shù)據(jù)接口歸一化設(shè)計和數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入方式，方便了非標(biāo)準(zhǔn)雷達數(shù)據(jù)、手持式GPS、差分GPS以及高精度測量雷達等多種格式數(shù)據(jù)文件的導(dǎo)入，避免了繁瑣的數(shù)據(jù)預(yù)處理等重復(fù)性工作，有效地解決了非標(biāo)準(zhǔn)雷達數(shù)據(jù)和多種目標(biāo)定位數(shù)據(jù)的兼容性問題，具有顯示直觀、操作簡單、靈活性強等優(yōu)點，為今后地面雷達精度評定工作的開展和數(shù)據(jù)處理算法評價提供了可行的途徑與方法。

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