STAR2000型空管一次雷達雜波抑制淺析

王曉松

華北空管局 北京 100621

1 概述

雷達信號處理中雜波抑制是一個非常重要的處理過程，其核心是雜波抑制方法的設計，同時設計方法的工程實現也至關重要。雷達雜波有許多種分類：根據產生雜波的物體不同可分為地雜波、海雜波和氣象雜波等；根據雷達雜波產生的原因不同可分為主瓣雜波和旁瓣雜波等；根據有無信號源可分為有源雜波和無源雜波；根據反射回波的方式不同可分為面雜波和體雜波等；根據雜波相對于雷達有無速度可分為地雜波（無相對運動）和動雜波（有相對運動）。雜波抑制器是用于避免一次雷達形成初始虛假航跡的重要工具，其工作主要基于原始點跡（未確認為航跡）形成的距離方位波門圖來實現。雜波抑制是一次雷達策略管理的重要環(huán)節(jié)，同時也是抑制虛警率的重要手段。雜波抑制器的主要功能包括[1]：①降低虛警率、②減小航跡初始延遲、③提高檢測概率和④提高檢測精度。

2 雜波抑制

2.1 雜波抑制圖的生成

信號處理將雷達探測區(qū)域按照距離方位劃分為多個網格單元，0號濾波器輸出形成探測范圍內的雜波圖。如下圖1所示：

圖1 雜波圖（濾波器0輸出）

每個單元（鎖定或未鎖定）的狀態(tài)取決于所接收到的“未確認一次點跡”（即未與任何確認航跡相關的點跡）的數量。其中鎖定單元被用于如下處理過程：①鎖定單元比未鎖定單元附近區(qū)域的航跡初始化準則更為嚴格。②根據與鎖定單元之間的距離，為一次點跡設置點跡幅度值（弱雜波、強雜波）。③該點跡幅度值依據判斷準則判別是否使用該點跡，該雜波點跡不用于初始化新航跡,僅用于生成一次航跡更新的限制條件。

2.2 雜波抑制圖的更新

2.2.1 基本原理。雜波抑制單元是通過設置起始和終止距離參數來確定，同時每個單元都具有點跡判別技術功能。對于STAR2000雷達而言，雜波抑制單元的大小為：方位：0.29°（0.005弧度），距離：40m。當點跡特征符合下列情況時，確認為在雜波抑制單元中出現一次點跡： ①該點跡為位于雜波抑制單元內的獨立一次點跡；②該點跡用于產生一個新的一次航跡；③該點跡不用于確認航跡的更新；④該點跡不是SITE MONITOR回波或測試點跡；⑤該點跡不位于機場區(qū)域。當點跡抑制器接收到一個點跡時，會對該點跡所在距離、方位單元以及相鄰8個單元的計數器進行更新。

2.2.2 基本準則。當距離方位單元的計數器值為0（準備進行第一次更新）時，更新后的計數器值為：

A.計數器值=1分鐘的掃描數

B.更新時間=當前時間

當距離方位單元的計數器值 ＞ 0時（不是第一次更新），更新后的計數器值為：

A.計數器值=計數器初值+30分鐘的掃描數

這意味著當雜波圖單元中第一次檢測到一個點跡，如果后續(xù)沒有新的點跡被檢測到，那么計數器就會在1分鐘后對單元進行復位。這就使得起飛或進入雷達探測范圍的飛機能夠無延遲的進行航跡的初始化。為了確保機場場面飛機的能夠進行航跡的初始化，建議在定義的機場區(qū)域不要使用雜波抑制處理[2]。

2.3 雜波抑制圖的鎖定準則

當滿足同時如下兩個條件時，雜波抑制圖單元會被鎖定，不會進行更新：條件1：雜波抑制圖單元計數器不為“空”；條件2：雜波抑制圖單元創(chuàng)建時間+等待時間＜當前時間。

條件1是雜波抑制單元接收到1個或多個點跡，即在過去的一分鐘內接收到1個點跡，或過去的30分鐘內接收到超過兩個點跡。條件2是為了避免當飛機正在穿過雜波抑制單元時，鎖定該單元。

2.4 雜波點跡識別

所有的一次點跡在形成航跡前都會先進行雜波識別處理。當滿足如下條件時，該點跡就可能會標識為雜波[3]：①該點跡為一次雷達點跡；②該點跡處于雜波圖網格的某個單元中；③該點跡不是信標信號點跡或測試點跡；④該點跡不在NAI區(qū)域或BLANKING區(qū)域內。⑤該點跡不在機場區(qū)域內。

對于每個點跡，計算所有最近的鎖定單元與點跡的歸一化距離，并保存最小距離。當最小距離足夠大時，該點跡標識為無雜波點跡，否則被標識為弱雜波或強雜波點跡。

表1 歸一化距離與雜波等級對照表

在雜波抑制器網格外的所有單一次雷達點跡都被標記為無雜波，二次雷達點跡總是標記為無雜波。如圖2所示：

圖2 雜波等級示意圖

2.5 雜波點跡使用限制

雜波等級識別的功能可以在一次雷達航跡初始化的過程中限制周圍一次雷達點跡的相關處理，也就是說可以限制與已有航跡進行相關的點跡數量。

通過以下的準則可以對具備點-航跡相關條件的一次點跡進行自動屏蔽：A.對用于航跡初始化的點跡進行標識，雜波點跡標識為NAI點跡。B.對用于航跡更新的點跡進行屏蔽。在航跡更新過程中，點跡的選擇是按照如下優(yōu)先級進行，首先為無雜波點跡，其次為弱雜波點跡，最后為強雜波點跡。C.在航跡更新中大多數情況下會將強雜波點跡完全屏蔽，僅在雜波鎖定模式時，才會使用強雜波點跡。

2.6 事例說明

使用和禁止雜波抑制功能的對比示意圖如下圖所示：

示例1：

圖3 不使用雜波抑制功能

圖4 使用雜波抑制功能

示例2

圖5 不使用雜波抑制功能

圖6 使用雜波抑制功能

示例3

圖7 不使用雜波抑制功能

圖8 使用雜波抑制功能

從圖中可看出當處理過程使用雜波抑制功能，航跡形成或更新區(qū)域內的雜波點跡明顯減少，同時雜波點跡形成虛假航跡的情況也有較大改善。

2.6.1 雜波抑制參數設置：

在CBP設置軟件中，可對雜波抑制器功能進行設置，如圖9所示：

圖9 CBP軟件設置圖

3 結束語

通過分析可以看出：在一次雷達檢測過程中，對雜波的檢測和抑制能力非常重要。在近距強雜波區(qū)，雜波點跡會嚴重影響正常目標的檢測，所以使用雜波抑制器能夠很大程度降低雷達的虛警率，提高檢測率，從而提升雷達的可用度。