基于航向統計分布的仙波航跡識別方法

陳磊 馮侖

【摘 要】大氣擾動、閃電、鳥群和昆蟲群會對雷達輻射的電磁波產生反射，以至雷達產生仙波，仙波無法在信號處理層濾除，易產生虛假航跡。本文利用仙波目標慢速直線同向的特點，在后端數據處理層提出了一種基于航向統計分布的仙波航跡識別方法，該方法通過多掃描周期的“疑似”，“確認”過程，可正確識別出仙波航跡。

【關鍵詞】雷達仙波 航向統計分布 識別方法

在利用雷達探測空中目標時，人們將那些不存在明顯反射源的回波信號稱為“仙波”，早期的研究者認為這些仙波通常是由飛鳥或昆蟲產生的[1]。但在很多天氣良好的情況下，根據人們視覺觀察并沒有發現這些鳥類和昆蟲的存在。張飚等人[2]對警戒雷達的仙波特性進行了分析，他們認為仙波大多出現于春夏兩季的沿海地帶，不僅在白天出現，夜間也大量存在，且很大一部分沿海岸線分布。在臨近地面處，大氣層的溫度、濕度分布不均；另外在海陸交界處，陸地和海水比熱的不同，兩者的升溫速度不一，產生熱對流的現象，這些都會導致雷達回波增強，因而產生仙波。文獻2同時指出，仙波與一般真實目標在過門限點數、相鄰單元時域相關性、頻譜特性方面的沒有本質差異，所以無法在信號處理層應用MTI對其進行濾除。對雷達而言，仙波目標一般探測連續，與一般運動目標類似，因此會起始虛假航跡，增加了雷達系統的“虛警率”，引起情報誤報。

本文對XX雷達在陣地試驗中探測到的類似虛假目標，進行了分析。XX雷達為一二次合裝雷達，此類虛假目標無二次點跡，只有一次點跡，多為慢速直線運動目標，且同一時刻出現的仙波運動方向差別不大。因此，針對仙波的這個特點，可在雷達后端數據處理層對仙波航跡進行識別。本文提出了一種基于航向統計分布的仙波航識別方法，正是利用了仙波目標慢速同向的特點，并將其應用在XX雷達上，發現本方法可以有效的識別出現的仙波虛假航跡。

1基于航向統計分布的仙波航跡識別方法

仙波多為慢速直線同向的目標，本文從目標的航向統計分布方面考慮對仙波航跡的識別抑制。

首先，對雷達探測的整個360°范圍進行方向分組，等分為16或32份扇區。需要注意的是這里是對方向的分組，而不是方位分組。方向分組是指航跡運動的方向（即航向）處于哪個方向區間內；而方位分組是指更新航跡的點跡的方位坐標處于哪個方位區間內。等分的方向數，可作為“仙波處理方向分組”參數，用于后期的優化控制。

然后，數據處理對接收到信號點跡，進行起始，相關，濾波跟蹤，并對濾波后的穩定航跡進行速度判別。若航跡平均速度低于某個速度閾值參數（“仙波識別速度”），則記錄該航跡，作為“疑似仙波航跡”，并依據該航跡的航向，將其分配到對應的方向分組。數據處理統計每個天線掃描周期，各方向分組內的疑似仙波航跡的分布情況。

下面，以方向16分組為例說明。若將360°等分為16份，則每個方向扇區的寬度是22.5°。若在某個天線掃描周期內（即天線從0°開始掃到360°這段時間內），數據處理一共檢測到有20條航跡的平均速度小于仙波識別速度。這20條疑似仙波航跡的運動方向分布為：運動方向扇區2內有2條；運動方向在扇區3內有3條；運動方向在扇區4內有2條；運動方向在扇區5內有1條；運動方向在扇區6內有1條；運動方向在扇區11內有3條；運動方向在扇區12內有5條；運動方向在扇區13內有2條；運動方向在扇區14內有1條。由此可見方向扇區12內的疑似仙波航跡的數量最多，該扇區所指示的方向區間（即從247.5°到270°）稱為該天線掃描周期的仙波方向。

若在某個天線掃描周期，任意一個方向扇區內所包含的疑似仙波航跡的數量超過預設參數“疑似仙波狀態門限”，該掃描周期就成為疑似仙波狀態掃描周期。此時，有一個“疑似仙波狀態計數器”開始計算并對記錄的數值加1。若在下一個天線掃描周期，所有的方向扇區所包含的疑似仙波航跡的數量均不超過“疑似仙波狀態門限”，則該掃描周期為一個正常掃描周期，疑似仙波狀態計數器減1，一直減到0為止。

若在天線的某個掃描周期，疑似仙波狀態計數器的數值超過預設參數“確認仙波狀態門限”，則該掃描周期就成為“確認仙波狀態掃描周期”。此時，數據處理將該天線掃描周期內所有的疑似仙波航跡的航向與該周期的仙波方向進行比較并更新“仙波航跡確認計數器”。每一個疑似仙波航跡都有一個計數器，這個計數器就是仙波航跡確認計數器。若在當前天線掃描周期內，某一個疑似仙波航跡的航向與當前周期的仙波方向之差小于參數“仙波方向差門限”，則這條疑似仙波航跡的仙波確認計數器就加1，直到該確認計數器的數值超過參數“仙波航跡確認門限”，那么這條疑似仙波航跡就成為確認仙波航跡。

通過以上多掃描周期的“疑似”，“確認”過程，可以將仙波航跡正確識別出來。之后，數據處理對識別出的仙波航跡進行標識，并將其置“不上報”標志，不允許上報給上級情報系統，降低了雷達系統的“虛警率”。

2結語

春夏季節沿海地帶，大氣擾動會增大對雷達輻射的回波強度，使雷達產生仙波。仙波與一般真實目標在過門限點數、相鄰單元時域相關性、頻譜特性方面的沒有本質差異，無法在信號層對其濾除，易產生虛假航跡。本文利用了仙波目標慢速直線同向的特點，在后端數據處理層提出了一種基于目標航向統計分布方法，通過多周期的“疑似”，“確認”過程，可正確識別出仙波航跡。

參考文獻：

[1]陳唯實，寧煥生，李敬 等.基于鳥類目標散射特性分析的雷達探鳥實驗[J].航空學報，2009，30（7）：1312-1318.

[2]張飚，張仕元，竇澤華.警戒雷達仙波特性分析[J].現代雷達，2008，30（6）：65-68.

本論文工作受到以下課題資助：國家科技支撐計劃課題，機場場面監視雷達系統（NO. 2011BAH24B05）。