暢 言 蔡興雨 羅利強(qiáng) 楊 璇

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

當(dāng)前雷達(dá)抑制雜波的思路是在雷達(dá)信號(hào)處理分系統(tǒng)上，常見(jiàn)采用的方法是動(dòng)目標(biāo)顯示技術(shù)(MTI)、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)(MTD)、數(shù)字脈沖壓縮技術(shù)以及恒虛警檢測(cè)(CFAR)等。但是在特殊的情況下，如工作環(huán)境特別惡劣時(shí)，用這些方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理想的效果。嚴(yán)重時(shí)數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)工作不正常，計(jì)算機(jī)飽和。參考文獻(xiàn)[3]提出了利用回波寬度判斷、幅度判斷、多普勒速度判斷、滑窗法判斷等處理所出現(xiàn)雜波的方法，這種方法不適應(yīng)雜波特別強(qiáng)的時(shí)候。參考文獻(xiàn)[4]提出了建立雜波圖網(wǎng)格，計(jì)算各單元點(diǎn)跡密度，進(jìn)行雜波區(qū)域判斷，但是此方法僅在數(shù)據(jù)處理上考慮，為距離、方位二維劃分，不夠精確，另外對(duì)移動(dòng)的雜波沒(méi)有識(shí)別能力。

1 新方法原理

本方法針對(duì)雷達(dá)裝備雜波識(shí)別的需求，為一部方位機(jī)械掃、俯仰相控、全固態(tài)脈沖多普勒雷達(dá)設(shè)計(jì)了基于一次點(diǎn)時(shí)空相關(guān)性的雜波點(diǎn)濾除方法，在不影響真實(shí)目標(biāo)情況下，對(duì)動(dòng)雜波和靜雜波進(jìn)行了濾除，減輕了數(shù)據(jù)處理的負(fù)擔(dān)，抑制了虛假航跡，終端顯示也更加精確。新方法主要包括航跡相關(guān)處理、靜雜波識(shí)別和動(dòng)雜波識(shí)別三部分。

1.1 航跡相關(guān)處理

將信號(hào)處理傳過(guò)來(lái)一次點(diǎn)跡極坐標(biāo)(R,A,E)轉(zhuǎn)化為空間直角坐標(biāo)(x,y,z)，然后將數(shù)據(jù)處理傳過(guò)來(lái)的航跡極坐標(biāo)(hj_R,hj_A,hj_E)也轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)系(hx,hy,hz)，將航跡依據(jù)時(shí)間間隔ΔT=t一次點(diǎn)-t航跡,航跡速度vx、vy、vz進(jìn)行外推，得

wt_x=hx+vx·ΔT

(1)

wt_y=hy+vy·ΔT

(2)

wt_z=hz+vz·ΔT

(3)

然后將航跡外推后的直角坐標(biāo)(wt_x,wt_y,wt_z),轉(zhuǎn)化到極坐標(biāo)系(wt_r,wt_a,wt_e)進(jìn)行波門(mén)相關(guān)，bomen_r、bomen_a、bomen_e為波門(mén)距離、方位和俯仰方向的大小，如果

bomen_r<(R-wt_r)

(4)

bomen_a<(A-wt_a)

(5)

bomen_e<(E-wt_e)

(6)

則落在波門(mén)之內(nèi)，不進(jìn)行后面的靜雜波和動(dòng)雜波的判斷，一次點(diǎn)跡被識(shí)別為目標(biāo)點(diǎn)；如果在波門(mén)之外則進(jìn)行下一步靜雜波和動(dòng)雜波識(shí)別。

1.2 動(dòng)雜波識(shí)別

將雷達(dá)觀測(cè)空間根據(jù)單位距離R0、方位A0、俯仰E0劃分為單位大小的網(wǎng)格區(qū)間，如圖1和圖2所示。

圖1 空間網(wǎng)格劃分

圖2 空間單位網(wǎng)格

距站心由近及遠(yuǎn)進(jìn)行排序，賦予每個(gè)網(wǎng)格序號(hào)(i,j,k)，其中i為距離上的序號(hào)，j為方位上的序號(hào)，k為俯仰上的序號(hào)，按照相應(yīng)的序號(hào)，我們可以定位到空間的相應(yīng)區(qū)域，根據(jù)公式

(i-1)·R0≤R

(7)

(j-1)·A0≤A

(8)

(k-1)·E0≤E

(9)

得到一次點(diǎn)跡數(shù)據(jù)(R,A,E)的所在空間的序號(hào)(i,j,k)，而每個(gè)空間相鄰序號(hào)的區(qū)域包括本區(qū)域總共有27個(gè)，相應(yīng)序號(hào)分別為距離序號(hào)(i-1,i,i+1),方位序號(hào)(j-1,j,j+1),俯仰序號(hào)(k-1,k,k+1)的組合，如果一次點(diǎn)跡落入空間序號(hào)(i,j,k)的區(qū)域，則將此區(qū)域積累點(diǎn)數(shù)

Num(i,j,k)=Num(i,j,k)+1

(10)

如果Num(i,j,k)>Num0，其中Num0為動(dòng)雜波區(qū)閥值。而且時(shí)間差(t(R,A,E)-t(i,j,k))<Δtmax，Δtmax為空間區(qū)域累積點(diǎn)跡最大時(shí)間差，t(R,A,E)為新來(lái)的一次點(diǎn)時(shí)間，t(i,j,k)為空間區(qū)域(i,j,k)為上一次更新的一次點(diǎn)跡時(shí)間，則該區(qū)域置為動(dòng)雜波區(qū)，然后區(qū)域時(shí)間更新為t(R,A,E)，落入的一次點(diǎn)跡識(shí)別為動(dòng)雜波，否則Num(i,j,k)=1，動(dòng)雜波區(qū)標(biāo)志也置為0，也就是區(qū)域不再成為動(dòng)雜波區(qū)，更新區(qū)域的時(shí)間為t(R,A,E)，落入的一次點(diǎn)跡狀態(tài)不變，為可建航點(diǎn)跡。

空間上相鄰區(qū)域進(jìn)行同樣的積累點(diǎn)數(shù)、更新時(shí)間、動(dòng)雜波識(shí)別，雜波區(qū)重置等，這樣可以識(shí)別在空間相鄰區(qū)域慢速移動(dòng)的雜波。

1.3 靜雜波識(shí)別

在空間區(qū)域劃分上與動(dòng)雜波是完全相同的，但靜雜波識(shí)別僅識(shí)別本區(qū)域的一次點(diǎn)跡數(shù)目，并不影響其它相鄰區(qū)域，在固定的時(shí)間間隔T內(nèi)超過(guò)靜雜波區(qū)點(diǎn)跡數(shù)目閥值Num的區(qū)域，定義為靜雜波區(qū)，將所在區(qū)域的序號(hào)存在靜雜波表中。每次開(kāi)機(jī)后進(jìn)行讀取，如果在航跡相關(guān)處理中，一次點(diǎn)跡未被判斷為目標(biāo)點(diǎn)的情況下，落入靜雜波區(qū)直接判定為靜雜波,不再進(jìn)行動(dòng)雜波識(shí)別。

2 方法步驟

步驟1：初始化階段。初始化相關(guān)結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)，將空間以單位距離、方位、俯仰劃分為若干個(gè)區(qū)域，并建立網(wǎng)絡(luò)收發(fā)任務(wù)，接受終端參數(shù)控制。

步驟2：接收一次點(diǎn)跡，生成靜雜波表。

步驟3：接收一次點(diǎn)跡和航跡，航跡進(jìn)行外推，選擇波門(mén)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)上的點(diǎn)跡為目標(biāo)點(diǎn)，不進(jìn)行后續(xù)區(qū)域積累，關(guān)聯(lián)不上的繼續(xù)進(jìn)行下一步。

步驟4：讀取靜雜波表，靜雜波識(shí)別。

步驟5：查找區(qū)域，動(dòng)雜波識(shí)別。

步驟6：更新點(diǎn)跡所在空間上的雜波區(qū)，空間上距離、方位、俯仰相鄰的區(qū)域均進(jìn)行更新。

步驟7：發(fā)送所有一次點(diǎn)跡。

下面以某雷達(dá)為例，說(shuō)明本方法的具體實(shí)施。

本方法應(yīng)用在預(yù)處理板上，預(yù)處理硬件平臺(tái)選用X86架構(gòu)的CPCI單板機(jī)，CPU2.16G，內(nèi)存1G，存儲(chǔ)器集成在單板機(jī)上。軟件平臺(tái)的操作系統(tǒng)是Vxworks5.5，開(kāi)發(fā)環(huán)境是Tornado2.2，軟件語(yǔ)言是標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言。

預(yù)處理板接收雷達(dá)信號(hào)處理發(fā)送一次點(diǎn)跡、雷達(dá)終端發(fā)送的控制信息、數(shù)據(jù)處理發(fā)送的航跡。輸出經(jīng)過(guò)雜波識(shí)別后的一次點(diǎn)跡，如圖3所示。

圖3 處理框圖

首先接收終端發(fā)來(lái)的控制信息，包括單位區(qū)域如何劃分，相鄰兩次更新相關(guān)的最大時(shí)間差，距離、方位、俯仰上的是否更新相鄰區(qū)域的雜波區(qū)的信息，是否開(kāi)啟按區(qū)域進(jìn)行濾波，是否進(jìn)行雜波區(qū)清空。

在雷達(dá)的探測(cè)范圍內(nèi)，對(duì)空間區(qū)域進(jìn)行劃分，劃分為若干個(gè)單位大小的小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域包括自己和空間上相鄰的數(shù)目一共是27個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域上進(jìn)行雜波的積累數(shù)目變化，每次雷達(dá)開(kāi)機(jī)時(shí)進(jìn)行初始化，每個(gè)小區(qū)域初始的積累值均為0，同時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)輔助時(shí)鐘。

其次生成靜雜波表，靜雜波表是每到一個(gè)新區(qū)域，對(duì)這個(gè)區(qū)域的狀況進(jìn)行一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的積累，單位時(shí)間累積的點(diǎn)數(shù)目超過(guò)閥值的區(qū)域可以定位為雜波區(qū)，雜波區(qū)的區(qū)域劃分和動(dòng)雜波區(qū)域劃分是一致的，將超過(guò)閥值雜波區(qū)號(hào)保存在一張表上，每次雷達(dá)開(kāi)機(jī)時(shí)可以進(jìn)行讀取。每次雷達(dá)轉(zhuǎn)移陣地后，需要重新學(xué)習(xí)一次并保存。

接著接收一次點(diǎn)跡和航跡，首先查找一次點(diǎn)跡所在的方位區(qū)和相鄰方位區(qū)的航跡，將航跡按照預(yù)測(cè)速度進(jìn)行外推，時(shí)間差值為點(diǎn)跡和航跡的GPS絕對(duì)時(shí)間之差，根據(jù)模式的不同，選擇不同的波門(mén)，如果一次點(diǎn)在航跡外推值的波門(mén)之內(nèi)，則點(diǎn)跡被識(shí)別為目標(biāo)點(diǎn)，否則進(jìn)行下一步。

沒(méi)有關(guān)聯(lián)上的一次點(diǎn)跡首先進(jìn)行靜雜波點(diǎn)識(shí)別，根據(jù)讀取靜雜波表上的區(qū)域，一次點(diǎn)若落入表里標(biāo)注的區(qū)域，則識(shí)別為靜雜波點(diǎn)，靜雜波點(diǎn)和動(dòng)態(tài)雜波標(biāo)志不一樣。雜波代表客觀不移動(dòng)的一些雜波。

如果一次點(diǎn)沒(méi)被關(guān)聯(lián)上且不是靜雜波，則進(jìn)行區(qū)域查找。根據(jù)點(diǎn)的距離、方位、俯仰，查到所在的區(qū)域序號(hào)。如果區(qū)域是雜波區(qū)則直接判定為動(dòng)雜波，否則繼續(xù)為可建航點(diǎn)跡。

對(duì)查找到的區(qū)域各個(gè)方向上相鄰的區(qū)域和自己本身進(jìn)行遍歷(在所有區(qū)域外的相鄰區(qū)域不進(jìn)行處理)，相鄰也可以控制，具體可以指定為距離相鄰、方位或俯仰相鄰，或其中的組合。如果輔助時(shí)鐘當(dāng)前時(shí)間和區(qū)域上一次更新時(shí)間差值大于指定的時(shí)間，則對(duì)區(qū)域歷史積累值進(jìn)行清空，重新進(jìn)行積累，時(shí)間也進(jìn)行更新，否則在之前基礎(chǔ)上累加，累積的數(shù)目最大不能超過(guò)指定的閥值，當(dāng)區(qū)域累積值超過(guò)閥值后，從下一圈開(kāi)始所有落入且沒(méi)有被關(guān)聯(lián)上和非靜雜波的一次點(diǎn)被識(shí)別為動(dòng)雜波。如果區(qū)域沒(méi)有超過(guò)閥值則落入的一次點(diǎn)跡識(shí)別為可建航點(diǎn)。

最后對(duì)所有一次點(diǎn)跡進(jìn)行發(fā)送，其中狀態(tài)包括靜雜波點(diǎn)，動(dòng)雜波點(diǎn)，目標(biāo)點(diǎn)和可建航點(diǎn)跡。

3 處理結(jié)果

外場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，未加預(yù)處理板前，雷達(dá)一圈信號(hào)處理傳過(guò)來(lái)一次點(diǎn)跡如圖4所示，雷達(dá)工作不正常，虛假航跡特別多如圖7所示。

增加預(yù)處理板后，雷達(dá)濾除掉的雜波(包括動(dòng)雜波和靜雜波)如圖5所示，占總點(diǎn)數(shù)比65%～70%，剩下的可建航點(diǎn)跡如圖6所示，雷達(dá)后續(xù)工作正常如圖8所示。

圖4 信號(hào)處理點(diǎn)跡

圖5 濾除的雜波點(diǎn)跡

圖6 濾除雜波后點(diǎn)跡

圖7 濾除雜波前航跡

圖8 濾除雜波后航跡

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本方法采用了基于一次點(diǎn)時(shí)空相關(guān)性的雜波點(diǎn)濾除方式，應(yīng)用在預(yù)處理板上，通過(guò)動(dòng)、靜雜波識(shí)別，減輕了數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)，提高了航跡的精度，提高了終端顯示的準(zhǔn)確度，與此同時(shí)最大程度保留了目標(biāo)信息，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。