基于時空相關性的雷達雜波濾除方法

暢 言 蔡興雨 羅利強 楊 璇

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

當前雷達抑制雜波的思路是在雷達信號處理分系統上，常見采用的方法是動目標顯示技術(MTI)、動目標檢測技術(MTD)、數字脈沖壓縮技術以及恒虛警檢測(CFAR)等。但是在特殊的情況下，如工作環境特別惡劣時，用這些方法遠遠達不到理想的效果。嚴重時數據處理分系統工作不正常，計算機飽和。參考文獻[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雜波的方法，這種方法不適應雜波特別強的時候。參考文獻[4]提出了建立雜波圖網格，計算各單元點跡密度，進行雜波區域判斷，但是此方法僅在數據處理上考慮，為距離、方位二維劃分，不夠精確，另外對移動的雜波沒有識別能力。

1 新方法原理

本方法針對雷達裝備雜波識別的需求，為一部方位機械掃、俯仰相控、全固態脈沖多普勒雷達設計了基于一次點時空相關性的雜波點濾除方法，在不影響真實目標情況下，對動雜波和靜雜波進行了濾除，減輕了數據處理的負擔，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處理、靜雜波識別和動雜波識別三部分。

1.1 航跡相關處理

將信號處理傳過來一次點跡極坐標(R,A,E)轉化為空間直角坐標(x,y,z)，然后將數據處理傳過來的航跡極坐標(hj_R,hj_A,hj_E)也轉換為空間直角坐標系(hx,hy,hz)，將航跡依據時間間隔ΔT=t一次點-t航跡,航跡速度vx、vy、vz進行外推，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(wt_x,wt_y,wt_z),轉化到極坐標系(wt_r,wt_a,wt_e)進行波門相關，bomen_r、bomen_a、bomen_e為波門距離、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)

則落在波門之內，不進行后面的靜雜波和動雜波的判斷，一次點跡被識別為目標點；如果在波門之外則進行下一步靜雜波和動雜波識別。

1.2 動雜波識別

將雷達觀測空間根據單位距離R0、方位A0、俯仰E0劃分為單位大小的網格區間，如圖1和圖2所示。

圖1 空間網格劃分

圖2 空間單位網格

距站心由近及遠進行排序，賦予每個網格序號(i,j,k)，其中i為距離上的序號，j為方位上的序號，k為俯仰上的序號，按照相應的序號，我們可以定位到空間的相應區域，根據公式

(i-1)·R0≤R

(7)

(j-1)·A0≤A

(8)

(k-1)·E0≤E

(9)

得到一次點跡數據(R,A,E)的所在空間的序號(i,j,k)，而每個空間相鄰序號的區域包括本區域總共有27個，相應序號分別為距離序號(i-1,i,i+1),方位序號(j-1,j,j+1),俯仰序號(k-1,k,k+1)的組合，如果一次點跡落入空間序號(i,j,k)的區域，則將此區域積累點數

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

(10)

如果Num(i,j,k)>Num0，其中Num0為動雜波區閥值。而且時間差(t(R,A,E)-t(i,j,k))<Δtmax，Δtmax為空間區域累積點跡最大時間差，t(R,A,E)為新來的一次點時間，t(i,j,k)為空間區域(i,j,k)為上一次更新的一次點跡時間，則該區域置為動雜波區，然后區域時間更新為t(R,A,E)，落入的一次點跡識別為動雜波，否則Num(i,j,k)=1，動雜波區標志也置為0，也就是區域不再成為動雜波區，更新區域的時間為t(R,A,E)，落入的一次點跡狀態不變，為可建航點跡。

空間上相鄰區域進行同樣的積累點數、更新時間、動雜波識別，雜波區重置等，這樣可以識別在空間相鄰區域慢速移動的雜波。

1.3 靜雜波識別

在空間區域劃分上與動雜波是完全相同的，但靜雜波識別僅識別本區域的一次點跡數目，并不影響其它相鄰區域，在固定的時間間隔T內超過靜雜波區點跡數目閥值Num的區域，定義為靜雜波區，將所在區域的序號存在靜雜波表中。每次開機后進行讀取，如果在航跡相關處理中，一次點跡未被判斷為目標點的情況下，落入靜雜波區直接判定為靜雜波,不再進行動雜波識別。

2 方法步驟

步驟1：初始化階段。初始化相關結構體數據，將空間以單位距離、方位、俯仰劃分為若干個區域，并建立網絡收發任務，接受終端參數控制。

步驟2：接收一次點跡，生成靜雜波表。

步驟3：接收一次點跡和航跡，航跡進行外推，選擇波門進行關聯，關聯上的點跡為目標點，不進行后續區域積累，關聯不上的繼續進行下一步。

步驟4：讀取靜雜波表，靜雜波識別。

步驟5：查找區域，動雜波識別。

步驟6：更新點跡所在空間上的雜波區，空間上距離、方位、俯仰相鄰的區域均進行更新。

步驟7：發送所有一次點跡。

下面以某雷達為例，說明本方法的具體實施。

本方法應用在預處理板上，預處理硬件平臺選用X86架構的CPCI單板機，CPU2.16G，內存1G，存儲器集成在單板機上。軟件平臺的操作系統是Vxworks5.5，開發環境是Tornado2.2，軟件語言是標準C語言。

預處理板接收雷達信號處理發送一次點跡、雷達終端發送的控制信息、數據處理發送的航跡。輸出經過雜波識別后的一次點跡，如圖3所示。

圖3 處理框圖

首先接收終端發來的控制信息，包括單位區域如何劃分，相鄰兩次更新相關的最大時間差，距離、方位、俯仰上的是否更新相鄰區域的雜波區的信息，是否開啟按區域進行濾波，是否進行雜波區清空。

在雷達的探測范圍內，對空間區域進行劃分，劃分為若干個單位大小的小區域，每個小區域包括自己和空間上相鄰的數目一共是27個區域，每個區域上進行雜波的積累數目變化，每次雷達開機時進行初始化，每個小區域初始的積累值均為0，同時系統啟動輔助時鐘。

其次生成靜雜波表，靜雜波表是每到一個新區域，對這個區域的狀況進行一個較長時間的積累，單位時間累積的點數目超過閥值的區域可以定位為雜波區，雜波區的區域劃分和動雜波區域劃分是一致的，將超過閥值雜波區號保存在一張表上，每次雷達開機時可以進行讀取。每次雷達轉移陣地后，需要重新學習一次并保存。

接著接收一次點跡和航跡，首先查找一次點跡所在的方位區和相鄰方位區的航跡，將航跡按照預測速度進行外推，時間差值為點跡和航跡的GPS絕對時間之差，根據模式的不同，選擇不同的波門，如果一次點在航跡外推值的波門之內，則點跡被識別為目標點，否則進行下一步。

沒有關聯上的一次點跡首先進行靜雜波點識別，根據讀取靜雜波表上的區域，一次點若落入表里標注的區域，則識別為靜雜波點，靜雜波點和動態雜波標志不一樣。雜波代表客觀不移動的一些雜波。

如果一次點沒被關聯上且不是靜雜波，則進行區域查找。根據點的距離、方位、俯仰，查到所在的區域序號。如果區域是雜波區則直接判定為動雜波，否則繼續為可建航點跡。

對查找到的區域各個方向上相鄰的區域和自己本身進行遍歷(在所有區域外的相鄰區域不進行處理)，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。如果輔助時鐘當前時間和區域上一次更新時間差值大于指定的時間，則對區域歷史積累值進行清空，重新進行積累，時間也進行更新，否則在之前基礎上累加，累積的數目最大不能超過指定的閥值，當區域累積值超過閥值后，從下一圈開始所有落入且沒有被關聯上和非靜雜波的一次點被識別為動雜波。如果區域沒有超過閥值則落入的一次點跡識別為可建航點。

最后對所有一次點跡進行發送，其中狀態包括靜雜波點，動雜波點，目標點和可建航點跡。

3 處理結果

外場試驗時，未加預處理板前，雷達一圈信號處理傳過來一次點跡如圖4所示，雷達工作不正常，虛假航跡特別多如圖7所示。

增加預處理板后，雷達濾除掉的雜波(包括動雜波和靜雜波)如圖5所示，占總點數比65%～70%，剩下的可建航點跡如圖6所示，雷達后續工作正常如圖8所示。

圖4 信號處理點跡

圖5 濾除的雜波點跡

圖6 濾除雜波后點跡

圖7 濾除雜波前航跡

圖8 濾除雜波后航跡

4 結束語

綜上所述，本方法采用了基于一次點時空相關性的雜波點濾除方式，應用在預處理板上，通過動、靜雜波識別，減輕了數據處理負擔，提高了航跡的精度，提高了終端顯示的準確度，與此同時最大程度保留了目標信息，具有較高的工程應用價值。