二次雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中動態(tài)調(diào)整點跡相關(guān)門限方法

劉永剛 巫文俊 祝正燕

（四川九洲空管科技有限責(zé)任公司 四川省綿陽市 621000）

二次雷達數(shù)據(jù)處理主要包括點跡處理和航跡處理。一個裝載有二次雷達應(yīng)答機的飛機在一個掃描周期內(nèi)會產(chǎn)生獨立的距離、方位以及屬性附加信息的原始應(yīng)答群，二次雷達詢問機接收到這些原始應(yīng)答群后，點跡處理通過一定的算法、方法將這些原始應(yīng)答群進行凝聚處理，在二次雷達每個掃描周期，檢測出該目標(biāo)唯一空間坐標(biāo)位置。實際使用過程中，往往會存在多個二次雷達詢問設(shè)備對空域中的飛機進行詢問探測，二次雷達應(yīng)答機會對應(yīng)的產(chǎn)生不同的應(yīng)答信號，因此詢問設(shè)備需要甄別出我方詢問設(shè)備對應(yīng)的應(yīng)答信號，需要對原始應(yīng)答群進行距離、方位的相關(guān)處理，當(dāng)相關(guān)次數(shù)達到一定門限后，判定處于該距離、方位上存在一個真實的二次雷達目標(biāo)。因此相關(guān)次數(shù)的設(shè)置，對于二次雷達的探測有重要影響，如果相關(guān)次數(shù)設(shè)置過小，可能會產(chǎn)生虛假目標(biāo)，相關(guān)次數(shù)設(shè)置過大，又會導(dǎo)致對目標(biāo)的探測概率下降。而航跡處理通過每個掃描周期之間點跡的相關(guān)，從而建立航跡、更新航跡，實現(xiàn)對飛機的持續(xù)跟蹤。

為了保證二次雷達的探測概率，同時降低虛假目標(biāo)出現(xiàn)的概率，本文提出一種二次雷達點跡處理中相關(guān)次數(shù)動態(tài)調(diào)整的方法，可以在點跡凝聚時，根據(jù)當(dāng)前的航跡信息，提前知道可能存在的目標(biāo)信息，點跡凝聚時，根據(jù)已知的目標(biāo)信息，判定此次應(yīng)答是否為真實應(yīng)答，從而動態(tài)設(shè)置相關(guān)次數(shù)門限。

1 二次雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

二次雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通常由點跡處理模塊、航跡處理模塊組成。系統(tǒng)組成框圖如圖所示。其中點跡處理模塊接收來自譯碼模塊的原始應(yīng)答報告，對應(yīng)答報告進行應(yīng)答間相關(guān)處理，形成點跡報告。通過對應(yīng)答數(shù)據(jù)的多次相關(guān)處理，可以有效地剔除異步應(yīng)答信號，完成對目標(biāo)的初步探測。航跡處理模塊接收來自點跡處理模塊的點跡報告，對點跡報告進行掃描周期間的相關(guān)處理，完成航跡建立、航跡更新。部分點跡報告會具有一個或多個錯誤，通過參照飛機的航跡歷史信息，不僅可以識別出所存在的錯誤，而且能將錯誤更正。二次雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1：二次雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)框圖

1.1 二次雷達的點跡處理原理

二次雷達天線波束掠過目標(biāo)時，應(yīng)答機會產(chǎn)生一系列應(yīng)答信號，其中包括每次應(yīng)答都會帶有其他屬性信息，主要包括：應(yīng)答信號的幅度、模式代碼、高度碼、告警信息等，后端數(shù)據(jù)處理將所有屬于同一架飛機的應(yīng)答信號通過距離相關(guān)、方位相關(guān)識別出來，當(dāng)這些應(yīng)答信號次數(shù)超過設(shè)定的相關(guān)次數(shù)門限時，認為這些應(yīng)答信號為本詢問機詢問回來的真實飛機的應(yīng)答信號。再將這些同一飛機的應(yīng)答信號，通過算法處理后，得到飛機的位置信息、高度、A模式代碼、告警信息，即目標(biāo)點跡信息。點跡處理原理如圖2所示。

圖2：點跡處理原理圖

1.2 二次雷達的點跡處理流程

二次雷達點跡處理分為以下幾個步驟：

1.2.1 原始應(yīng)答信號接收

原始應(yīng)答信號經(jīng)過譯碼初步處理后，剔除幅度小的應(yīng)答信號以及旁瓣的應(yīng)答信號，形成可能的目標(biāo)應(yīng)答信號。

1.2.2 點跡相關(guān)

（1）將原始應(yīng)答信號與已有點跡節(jié)點進行距離相關(guān)、方位相關(guān)；

（2）相關(guān)上，則更新該點跡節(jié)點的位置信息、屬性信息，并將距離、方位、代碼信息存儲到點跡節(jié)點內(nèi)；

（3）點跡節(jié)點的相關(guān)次數(shù)加一；

（4）否則，該應(yīng)答為新的目標(biāo)應(yīng)答，新建點跡節(jié)點，等待后續(xù)新的應(yīng)答數(shù)據(jù)進行相關(guān)。

點跡相關(guān)的處理流程如圖3所示。

圖3：點跡相關(guān)流程圖

1.2.3 點跡凝聚

點跡凝聚流程如下：

（1）判斷點跡節(jié)點的相關(guān)次數(shù)，如果相關(guān)次數(shù)大于凝聚次數(shù)門限值（典型值為4），則進行方位凝聚、距離補償、代碼處理，否則刪除該點跡節(jié)點；

（2）根據(jù)點跡節(jié)點存儲的天線方位、符號位、OBA值以及點跡節(jié)點的距離，查找OBA表，得到每組譯碼數(shù)據(jù)對應(yīng)的點跡方位，濾除異常值后對方位進行求平均，得到最終的點跡方位；

（3）處理點跡節(jié)點內(nèi)存儲的代碼，選擇出現(xiàn)次數(shù)最多的代碼作為最終的代碼；

（4）凝聚后的點跡如果滿足上報的條件，則發(fā)送點跡到航跡處理模塊，進行后續(xù)的航跡處理。

點跡凝聚流程圖如圖4所示。

圖4：點跡相關(guān)流程圖

1.3 二次雷達的航跡處理原理

應(yīng)答信號經(jīng)過點跡處理形成點跡后，再經(jīng)過航跡處理形成航跡。航跡處理在二次雷達數(shù)據(jù)處理中主要有以下兩個作用：

1.3.1 降低虛景

航跡處理可以理解為是一個點跡濾波器，通過航跡預(yù)測，修正和抑制一些點跡目標(biāo)，因此經(jīng)過航跡處理后，形成的航跡目標(biāo)大大降低了虛景出現(xiàn)的概率。

1.3.2 提高探測的質(zhì)量

通過航跡的運動模型限制，可以在系統(tǒng)允許的范圍保持目標(biāo)的跟蹤探測。通過使用濾波算法，可以提高目標(biāo)的跟蹤平滑程度。

1.4 二次雷達的航跡處理流程

圖5：二次雷達航跡處理流程圖

二次雷達航跡處理流程如圖5所示，主要包括：點跡預(yù)處理、點航相關(guān)、點航配對、航跡更新、航跡管理以及航跡上報。

2 一種二次雷達點跡處理中相關(guān)次數(shù)動態(tài)調(diào)整的方法

本文所提出的方法包含以下3個步驟：

2.1 完成對目標(biāo)的初步探測

首先，原始應(yīng)答信號經(jīng)過點跡處理，對應(yīng)答間的相關(guān)處理將單個的應(yīng)答轉(zhuǎn)化為原始應(yīng)答報告。每相關(guān)一次，相關(guān)次數(shù)加1，相關(guān)次數(shù)達到相關(guān)門限（典型值4次），則建立點跡；

經(jīng)過連續(xù)幾個天線掃描周期（典型值為3）的探測，對掃描周期之間點跡進行相關(guān)處理，完成航跡建立，并初始化航跡的存活周期，點跡與航跡每成功相關(guān)一次，航跡存活周期加1。

航跡建立后，在新的天線掃描周期開始時，將航跡列表信息發(fā)送給點跡處理，航跡列表信息包括：目標(biāo)A模式代碼、目標(biāo)高度、目標(biāo)距離、目標(biāo)方位、航跡存活周期。

目標(biāo)初步探測示意圖如圖6所示。

圖6：目標(biāo)探測示意圖

2.2 建立目標(biāo)索引列表

點跡處理接收到航跡列表信息，以航跡列表信息中的A模式代碼為索引值，由A模式代碼的編碼規(guī)則，可知A模式代碼一共存在4096種不同組合，將A模式代碼與目標(biāo)距離、目標(biāo)方位、目標(biāo)高度、航跡存活周期建立索引關(guān)系。

表1：目標(biāo)索引列表構(gòu)成表

表2：相關(guān)次數(shù)動態(tài)調(diào)整示意表

目標(biāo)索引列表建立示意圖如圖7所示。

圖7：目標(biāo)索引列表建立示意圖

目標(biāo)索引列表構(gòu)成如表1所示。

2.3 目標(biāo)索引匹配

2.3.1 代碼匹配

點跡處理在進行點跡凝聚時，以點跡節(jié)點的A模式代碼為索引值，對目標(biāo)索引列表進行索引查找，如果成功索引到，表示代碼匹配成功。

2.3.2 位置匹配

將點跡的位置信息與目標(biāo)索引列表對應(yīng)A模式代碼的目標(biāo)位置信息進行相關(guān)處理，如果在相關(guān)門限內(nèi)，表示位置匹配成功

2.3.3 高度匹配

點跡的高度信息與目標(biāo)索引列表對應(yīng)A模式代碼的高度信息進行比較，如果兩者在一個窄高度差內(nèi)，表示高度匹配成功。目標(biāo)索引匹配示意圖如圖8所示。

圖8：目標(biāo)索引匹配示意圖

2.4 動態(tài)調(diào)整相關(guān)次數(shù)

點跡處理進行點跡凝聚時，根據(jù)點跡與目標(biāo)索引列表的匹配度，結(jié)合航跡存活周期來動態(tài)調(diào)整相關(guān)次數(shù)門限。相關(guān)次數(shù)調(diào)整示意表如表2。

2.5 點跡凝聚

按照表2中的相關(guān)次數(shù)，完成相關(guān)次數(shù)的動態(tài)調(diào)整，對點跡節(jié)點進行點跡凝聚，如果點跡節(jié)點的相關(guān)次數(shù)大于動態(tài)門限值，則該點跡節(jié)點為真實目標(biāo)，計算目標(biāo)的方位、距離、代碼等信息后發(fā)送給航跡處理模塊進行后續(xù)的航跡處理。

3 相關(guān)次數(shù)動態(tài)調(diào)整方法的實現(xiàn)和效果分析

二次雷達在實際探測過程中，受限于探測威力限制，當(dāng)目標(biāo)在二次雷達探測威力附近時，應(yīng)答次數(shù)開始變少，隨著目標(biāo)離詢問機距離變遠，接收到的應(yīng)答信號次數(shù)逐漸變少，直到無法探測到該目標(biāo)；同時由于二次雷達的探測原理，應(yīng)答脈沖在傳輸過程中可能會受到環(huán)境因素以及采樣的影響，導(dǎo)致詢問機能夠識別出的應(yīng)答信號次數(shù)變少。以往的二次雷達數(shù)據(jù)處理中，點跡處理相關(guān)次數(shù)使用固定值(典型值4次)，對某二次雷達詢問機的原始應(yīng)答數(shù)據(jù)進行分析，該數(shù)據(jù)已剔除虛假應(yīng)答，分析結(jié)果如表3所示。

從表3中可以看出，如果使用固定值的相關(guān)次數(shù)（典型值4次），將會有90.8%（定義為p1）的點跡能夠形成目標(biāo)點跡，9.2%的點跡因相關(guān)次數(shù)達不到要求被剔除，而無法形成目標(biāo)點跡。

表3：某二次雷達點跡統(tǒng)計表

基于以上情況，在二次雷達數(shù)據(jù)處理中進行點跡處理時，需要對相關(guān)次數(shù)門限值進行動態(tài)調(diào)整。如果使用本文中提到的方法進行數(shù)據(jù)處理，對數(shù)據(jù)進行重演，結(jié)果為有96.7%（定義為p2）的點跡能夠形成目標(biāo)點跡，3.3%的點跡因相關(guān)次數(shù)達不到要求被剔除。相比于固定相關(guān)次數(shù)的方法，探測概率提高值Δp，

Δp=p2-p1

可以得出本文提出的方法相比較于固定相關(guān)次數(shù)的方法，該二次雷達探測概率提高值為5.9%。

4 結(jié)論

二次雷達中，通過對飛機的應(yīng)答信號進行數(shù)據(jù)處理，主要包括點跡處理、航跡處理，可以準(zhǔn)確定位飛機的位置，識別目標(biāo)二次代碼，并通過應(yīng)答累積，進行應(yīng)答間的多次相關(guān)處理、掃描周期間的相關(guān)處理，能有效地甄別出虛假應(yīng)答。由于需要進行應(yīng)答累積、應(yīng)答多次相關(guān)，因此至少需要2次以上的應(yīng)答信號（典型值為4次），而在實際工程中，某些情況下詢問機能夠甄別出的應(yīng)答次數(shù)不足4次，特別是在一些掃描周期短的二次雷達中，由于受限于詢問時間的限制，因此單個掃描周期內(nèi)獲得的應(yīng)答次數(shù)會更少，這會降低二次雷達的探測概率。

本文通過二次雷達數(shù)據(jù)處理中的航跡處理，在建立航跡后，獲得目標(biāo)的真實位置信息、A代碼信息，進行點跡處理，由于已經(jīng)獲取到所有的真實目標(biāo)信息，通過原始應(yīng)答與航跡列表的匹配，根據(jù)匹配程度，動態(tài)調(diào)整相關(guān)次數(shù)，使得在目標(biāo)應(yīng)答次數(shù)偏少的情況下，也能很好的探測到目標(biāo)。點跡處理時，由于降低了相關(guān)次數(shù)，也同時增加了產(chǎn)生虛假點跡的概率，后續(xù)的航跡處理進行掃描周期之間的相關(guān)處理，可以解決虛假點跡的問題。

根據(jù)分析比較，本文中的一種二次雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中動態(tài)調(diào)整點跡相關(guān)門限的方法，能有效提高二次雷達的探測概率。