一種新的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法

王延暴 羅利強(qiáng) 張艷艷

(西安電子工程研究所 西安 710100)

1 引言

采用數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)是降低濾波計(jì)算量和提高跟蹤精度的有效途徑[4]。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)壓縮，以及量測數(shù)據(jù)中野值的剔除方法兩個(gè)方面，量測數(shù)據(jù)中野值的剔除方法對提高跟蹤性能可能更為突出。隨著隱身技術(shù)及目標(biāo)檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，弱小目標(biāo)的檢測成為信號處理的熱點(diǎn)。為了盡可能的提前發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，新的處理方法大多通過提高虛警概率[1，2]，然后對一次點(diǎn)跡做不同處理來實(shí)現(xiàn)，野值的有效剔除對信號處理或數(shù)據(jù)處理就顯得特別重要[4]。本文數(shù)據(jù)預(yù)處理新方法就是在這種背景下提出的，它主要用于剔除野值，該方法引用、借鑒了數(shù)據(jù)處理中的概念和方法，通過對信號處理一次點(diǎn)跡的處理結(jié)果表明，該方法十分有效。

2 數(shù)據(jù)預(yù)處理新方法

2.1 算法提出的背景及主要思想

線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)對某型號火箭彈進(jìn)行檢測，為了盡可能的得到每周期目標(biāo)的準(zhǔn)確信息，雷達(dá)采用了時(shí)域法測頻，進(jìn)而求出目標(biāo)的距離、速度信息，如圖1、圖2所示。由于采用時(shí)域法測頻，在信噪比較低時(shí)，測頻結(jié)果不是很理想，導(dǎo)致距離、速度誤差比較大，在沒有目標(biāo)時(shí)，時(shí)域法測頻測得的是噪聲頻率，求出的距離、速度信息沒有規(guī)律。該數(shù)據(jù)虛警點(diǎn)很多，滿足不了數(shù)據(jù)處理的要求，該方法就是針對這組數(shù)據(jù)提出的。根據(jù)距離、速度曲線可以看出，沒有目標(biāo)的周期，速度距離值是沒有規(guī)律的，目標(biāo)剛出現(xiàn)時(shí)，距離、速度曲線有一個(gè)輪廓，由于信噪比比較低，許多周期測得的距離、速度誤差很大，隨著目標(biāo)的不斷臨近，信噪比也越來越高，目標(biāo)的距離、速度值測得準(zhǔn)確，可以明顯的看出目標(biāo)的彈道曲線。根據(jù)數(shù)據(jù)的這些特點(diǎn)，結(jié)合數(shù)據(jù)處理中算法的思想，提出了該方法。利用建航的方法剔除沒有目標(biāo)時(shí)的雜波點(diǎn)，然后結(jié)合波門的設(shè)置，處理因信噪比低而沒有測準(zhǔn)的距離、速度值。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理新方法實(shí)現(xiàn)

該方法借鑒了數(shù)據(jù)處理的思想，引用了航跡建立，點(diǎn)跡相關(guān)等方法，用到了預(yù)測點(diǎn)、外推次數(shù)等概念，可以理解為一個(gè)簡易不帶濾波的數(shù)據(jù)處理。在航跡建立、預(yù)測點(diǎn)求取、點(diǎn)跡相關(guān)等細(xì)節(jié)與數(shù)據(jù)處理又有所不同[4，5]，它的主要目的是剔除雜波點(diǎn)，圖 3給出了該處理方法流程，具體實(shí)現(xiàn)為:

圖3 數(shù)據(jù)預(yù)處理新方法流程

a.航跡建立，用于確認(rèn)信號處理一次點(diǎn)跡為目標(biāo)信息。航跡一旦建立，認(rèn)為所關(guān)心的目標(biāo)已經(jīng)出現(xiàn)，對以后檢測到的一次點(diǎn)跡做相應(yīng)處理。

航跡建立的準(zhǔn)則可以采用數(shù)據(jù)處理建航的準(zhǔn)則，也可以根據(jù)雷達(dá)參數(shù)及目標(biāo)的特性綜合確定。例如，可以根據(jù)雷達(dá)的掃描周期及目標(biāo)的最大速度、加速度信息等，求出相鄰周期目標(biāo)距離、速度變化最大值，根據(jù)所求得的值設(shè)一門限，如果連續(xù)N個(gè)周期中，有n個(gè)周期滿足門限則認(rèn)為目標(biāo)出現(xiàn)。N、n的選擇可以根據(jù)雜波點(diǎn)的多少、目標(biāo)特性、雷達(dá)技術(shù)指標(biāo)要求綜合選擇，選擇不當(dāng)就會出現(xiàn)好多虛假航跡，如果后面的參數(shù)選擇妥當(dāng)，可以去除一些虛假航跡。

b.預(yù)測點(diǎn)的求解，預(yù)測點(diǎn)主要用于判斷下一檢測點(diǎn)是否為目標(biāo)的信息，剔除假點(diǎn)。

預(yù)測點(diǎn)可以根據(jù)前N個(gè)周期的預(yù)處理點(diǎn)跡推出，首先求出前N個(gè)周期目標(biāo)變化趨勢，變化趨勢可以根據(jù)雷達(dá)處理時(shí)間的要求采用不同的方法，如果時(shí)間允許，可以采用二次或高次曲線擬合的方法，如果實(shí)時(shí)性要求高，可以采用直線擬合的方法。然后根據(jù)雷達(dá)的掃描周期推出下一周期的目標(biāo)參數(shù)值。

c.點(diǎn)跡相關(guān)，用于判斷下一檢測點(diǎn)是否為目標(biāo)的信息。

在點(diǎn)跡相關(guān)中借用了數(shù)據(jù)處理中設(shè)置波門的方法，在本預(yù)處理方法中采用了三個(gè)波門，即大、中、小波門。如果檢測點(diǎn)落入預(yù)測點(diǎn)的小波門中，則認(rèn)為檢測點(diǎn)是目標(biāo)的真實(shí)點(diǎn)跡，以檢測點(diǎn)作為該周期的預(yù)處理點(diǎn)跡。如果檢測點(diǎn)落入預(yù)測點(diǎn)的中波門中，也認(rèn)為檢測點(diǎn)是目標(biāo)信息，但受到了一定的干擾，以檢測點(diǎn)和預(yù)測點(diǎn)的均值作為該周期的預(yù)處理點(diǎn)跡。如果雷達(dá)實(shí)時(shí)性要求高，預(yù)測點(diǎn)是采用直線擬合的方法得到的，且N的值取得也不是很大，此時(shí)預(yù)測點(diǎn)的誤差可能會偏大，用檢測點(diǎn)和預(yù)測點(diǎn)的均值作為該周期的預(yù)處理點(diǎn)跡可能不是很理想，可以采用檢測點(diǎn)和前一周期預(yù)處理點(diǎn)的均值作為該周期的預(yù)處理點(diǎn)跡，因?yàn)橄噜徶芷谀繕?biāo)參數(shù)變化不是很大。如果檢測點(diǎn)落入預(yù)測點(diǎn)的大波門中，則認(rèn)為檢測點(diǎn)不是目標(biāo)的信息，以預(yù)測點(diǎn)作為該周期的預(yù)處理點(diǎn)跡。

波門的大小可以根據(jù)目標(biāo)的特性、雷達(dá)的精度要求、數(shù)據(jù)處理對數(shù)據(jù)的要求等綜合設(shè)定。如果數(shù)據(jù)處理的能力強(qiáng)，對一次點(diǎn)跡的要求不是很高，可以將小波門值設(shè)的大一點(diǎn)，這樣可以保留一次點(diǎn)跡，避免了預(yù)處理帶來的誤差。大波門決定了預(yù)處理結(jié)果偏離彈道曲線的最大偏差，它的大小由數(shù)據(jù)處理對一次點(diǎn)跡要求的最大偏差決定。

3 實(shí)測數(shù)據(jù)處理結(jié)果及分析

3.1 處理結(jié)果

圖4至圖7分別給出了圖1、圖2的預(yù)處理結(jié)果，圖中的“o”是信號處理檢測到的一次點(diǎn)跡，“*”是預(yù)處理結(jié)果。圖4、圖5給出了所有數(shù)據(jù)的預(yù)處理結(jié)果，圖6、圖7是圖4、圖5的局部放大圖，它給出了目標(biāo)飛行過程中的預(yù)處理結(jié)果。

圖4 速度預(yù)處理結(jié)果

3.2 結(jié)果分析

通過圖4、5可以看出，預(yù)處理結(jié)果剔除掉了雜波點(diǎn)，修正了測不準(zhǔn)的點(diǎn)。在沒有目標(biāo)時(shí)，由于雜波點(diǎn)滿足不了建航條件，通過航跡建立準(zhǔn)則就可以將其剔除，如圖中750到1000周期預(yù)處理結(jié)果。通過局部放大圖可以看出，距離預(yù)處理結(jié)果要比速度預(yù)處理結(jié)果好。另外，在信噪比高的情況下，預(yù)處理后的目標(biāo)點(diǎn)跡基本保留了目標(biāo)的一次點(diǎn)跡，如圖中400到700周期的檢測結(jié)果;在信噪比比較低時(shí)，預(yù)處理后的點(diǎn)跡在彈道曲線的上下波動(dòng)，同時(shí)剔除了雜波點(diǎn)，修正了誤差大的點(diǎn)，如圖中200到350周期;雖然少數(shù)點(diǎn)偏離彈道曲線，但仍能保證彈道曲線的連續(xù)，且前后點(diǎn)能和彈道曲線吻合起來，如圖中350到400周期的檢測結(jié)果，這些對后面數(shù)據(jù)處理十分有利，保證了最大限度的提前發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，又確保了數(shù)據(jù)能為數(shù)據(jù)處理所用。

通過速度預(yù)處理后的結(jié)果還可以看出，大波門選擇的大小還決定了航跡的連續(xù)性，如果大波門適當(dāng)選大就可以保證預(yù)處理航跡的連續(xù)。大波門選的偏大也會帶來一些問題，在信噪比比較低時(shí)，預(yù)處理結(jié)果在真實(shí)航跡上下波動(dòng)會比較大。因此，大波門的選擇要根據(jù)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的能力及要求綜合設(shè)定。

4 結(jié)論

該方法對檢測結(jié)果類似本文彈道曲線的都適用。對弱小目標(biāo)或遠(yuǎn)距離目標(biāo)的檢測，可以通過提高虛警概率的方法來實(shí)現(xiàn)[3]。本文的數(shù)據(jù)預(yù)處理新方法能有效的剔除雜波點(diǎn)，解決了因虛警概率高，雜波點(diǎn)多這一難題，在雷達(dá)參數(shù)不變的情況下提高雷達(dá)的作用距離成為可能。另外，該方法中不含運(yùn)算時(shí)間長的處理算法，能夠保證雷達(dá)的實(shí)時(shí)性，可以放在信號處理后，也可以放在數(shù)據(jù)處理前，實(shí)現(xiàn)起來比較靈活、方便。

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