一種二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中目標(biāo)方位修正的方法

巫文俊 陳偉 鄒亮

（四川九洲空管科技有限責(zé)任公司 四川省綿陽(yáng)市 621000）

針對(duì)單脈沖二次雷達(dá)，測(cè)角是利用主波束駐留時(shí)間內(nèi)和/差波束先確定每一個(gè)接收到應(yīng)答脈沖的方位，并對(duì)其進(jìn)行處理，再對(duì)所有應(yīng)答脈沖的方位進(jìn)行方位凝聚。如果應(yīng)答脈沖受到干擾，將會(huì)影響目標(biāo)方位的準(zhǔn)確性，從而影響二次雷達(dá)的探測(cè)精度。

為了使脈沖受到干擾時(shí)以后依然能保證探測(cè)精度，本文提出一種二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中目標(biāo)方位修正的方法，可以在方位凝聚時(shí)，通過(guò)算法識(shí)別出當(dāng)前測(cè)角的置信度，通過(guò)后續(xù)的航跡處理對(duì)測(cè)角進(jìn)行修正，從而提高二次雷達(dá)的探測(cè)精度。

1 單脈沖二次雷達(dá)的測(cè)角原理

單脈沖測(cè)角是一種精確測(cè)試信號(hào)方位角的技術(shù)，由一個(gè)應(yīng)答脈沖就可以確定目標(biāo)方位角，單脈沖測(cè)角名字由此得來(lái)。

單脈沖二次雷達(dá)測(cè)角通過(guò)對(duì)飛機(jī)的應(yīng)答脈沖進(jìn)行和差通道處理后，得到脈沖的和幅度SumScop、差幅度DeltaScop，從而計(jì)算出此次目標(biāo)偏離掃描主軸信息(OBA)：

oba=SumScop-DeltaScop

通過(guò)和的相位差，可以得到目標(biāo)偏離掃描準(zhǔn)軸的符號(hào)信息（Sign）,掃描準(zhǔn)軸方位信息(Acp)由方位編碼器給出.綜合以上信息，可以解算出此次應(yīng)答脈沖的方位信息。

二次雷達(dá)詢問(wèn)主波束掃過(guò)飛機(jī)時(shí)，飛機(jī)會(huì)產(chǎn)生一系列應(yīng)答脈沖，如圖1所示，從而會(huì)得到一組飛機(jī)的方位值ω1、ω2...ωn，最終飛機(jī)的方位值為：

測(cè)角對(duì)二次雷達(dá)探測(cè)性能的影響：

二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理主要分為點(diǎn)跡凝聚和航跡處理，點(diǎn)跡凝聚只對(duì)當(dāng)前周期的應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行處理，當(dāng)應(yīng)答信號(hào)受到干擾時(shí)，直接影響最后點(diǎn)跡的方位精度。航跡處理包括航跡建立、航跡更新、航跡外推、航跡濾波以及航跡平滑，其中航跡濾波會(huì)根據(jù)歷史周期的方位信息，與當(dāng)前周期的點(diǎn)跡測(cè)量方位進(jìn)行加權(quán)處理，得到最終的航跡方位信息。假設(shè)航跡濾波使用α-β 濾波，飛機(jī)做勻速直線飛行，當(dāng)測(cè)角發(fā)生偏差θ 時(shí)，經(jīng)過(guò)航跡濾波后，探測(cè)的方位精度偏差為：

其中ω 為飛機(jī)真實(shí)方位

2 一種二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中目標(biāo)方位修正的方法

本文所提出的修正方法包含以下3 個(gè)步驟：

2.1 完成原始應(yīng)答信號(hào)的采集

每個(gè)應(yīng)答脈沖經(jīng)過(guò)和差通道處理，得到脈沖的和幅度、差幅度以及符號(hào)位，并存儲(chǔ)在和幅度數(shù)組SumScop[n]、差幅度數(shù)組DeltaScop[n]以及對(duì)應(yīng)的符號(hào)位數(shù)組Sign[n]，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)臺(tái)方位Acp[n]，數(shù)組下標(biāo)對(duì)應(yīng)每一次應(yīng)答。

2.2 完成應(yīng)答信號(hào)質(zhì)量分析

圖1：飛機(jī)應(yīng)答信號(hào)圖

圖2：應(yīng)答信號(hào)和差幅度曲線圖

以轉(zhuǎn)臺(tái)方位Acp[n]為橫坐標(biāo)、和幅度數(shù)組SumScop[n]為縱坐標(biāo)得到應(yīng)答脈沖的和幅度曲線；

以轉(zhuǎn)臺(tái)方位Acp[n]為橫坐標(biāo)、差幅度數(shù)組DeltaScop[n]為縱坐標(biāo)得到應(yīng)答脈沖的和幅度曲線；

以轉(zhuǎn)臺(tái)方位Acp[n]為橫坐標(biāo)、符號(hào)位數(shù)組Sign[n]為縱坐標(biāo)得到應(yīng)答脈沖的符號(hào)位變化曲線；

正常應(yīng)答信號(hào)的和差幅度以及符號(hào)位曲線如圖2所示。

其中符號(hào)位曲線滿足如下規(guī)律：

（1）符號(hào)位在和幅度最大值、差幅度最小值處，發(fā)生翻轉(zhuǎn)；

（2）符號(hào)位翻轉(zhuǎn)有且僅有一次翻轉(zhuǎn)。

和幅度曲線滿足如下規(guī)律：

有且僅有一個(gè)波峰，波峰左側(cè)，呈單調(diào)遞增趨勢(shì)，波峰右側(cè)，呈單調(diào)遞減趨勢(shì)。

表1：點(diǎn)跡方位準(zhǔn)確度打分策略

表2：分值與濾波系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系表

圖3：未進(jìn)行方位修正的航跡效果圖

圖4：進(jìn)行方位修正后的航跡效果圖

差幅度曲線滿足如下規(guī)律：

有且僅有一個(gè)波谷，波谷左側(cè)，呈單調(diào)遞減趨勢(shì)，波谷右側(cè)，呈單調(diào)遞增趨勢(shì)。

根據(jù)原始應(yīng)答脈沖的和差應(yīng)答方位ω1、ω2...ωn，點(diǎn)跡凝聚的方位為ω，因此可以得到應(yīng)答方位的方差為：

D 代表點(diǎn)跡原始應(yīng)答脈沖方位的離散程度，可以一定程度反應(yīng)最終點(diǎn)跡方位的準(zhǔn)確性。

通過(guò)對(duì)原始應(yīng)答脈沖群的符號(hào)位曲線、和幅度曲線、差幅度曲線進(jìn)行分析，在進(jìn)行點(diǎn)跡凝聚時(shí)，對(duì)當(dāng)前周期的點(diǎn)跡方位的準(zhǔn)確度進(jìn)行打分，初始分值0 分，分?jǐn)?shù)越高，點(diǎn)跡方位的準(zhǔn)確度越高，滿分100 分。打分策略見(jiàn)表1。

2.3 完成目標(biāo)方位修正

根據(jù)步驟（2）中得到的點(diǎn)跡方位的分值以及點(diǎn)跡應(yīng)答脈沖群方位的方差D，實(shí)時(shí)調(diào)整航跡濾波時(shí)的濾波系數(shù)。分值與濾波系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表。

航跡濾波后方位T 的計(jì)算方法為：

其中α 為點(diǎn)跡測(cè)量方位占比，ω 為點(diǎn)跡測(cè)量方位，T'為航跡預(yù)測(cè)方位。當(dāng)點(diǎn)跡應(yīng)答脈沖群方位的方差D 小于0.4 度時(shí)，α 取固定系數(shù)0.5，即點(diǎn)跡測(cè)量方位和航跡預(yù)測(cè)方位權(quán)重相同；當(dāng)點(diǎn)跡應(yīng)答脈沖群方位的方差D 大于等于0.4 度時(shí)α 按表2 進(jìn)行取值。

3 方位修正方法的實(shí)現(xiàn)和效果分析

由于應(yīng)答脈沖在傳輸過(guò)程中可能會(huì)受到環(huán)境因素以及采樣的影響，導(dǎo)致單脈沖測(cè)角出現(xiàn)偏差，但是這種偏差是偶發(fā)性的，在二次雷達(dá)后端數(shù)據(jù)處理的航跡處理中，會(huì)對(duì)目標(biāo)角度進(jìn)行濾波處理，假設(shè)使用α-β 濾波進(jìn)行航跡濾波，一般情況下α 值為0.5，表示測(cè)量方位占比0.5，預(yù)測(cè)方位占比0.5。當(dāng)測(cè)角發(fā)生偏差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致最后的航跡精度出現(xiàn)偏差，航跡不平滑。如圖3所示。

按照本文提出的方法對(duì)目標(biāo)方位進(jìn)行修正后，形成的航跡精度有所提高，航跡平滑度提高。如圖4所示。

4 結(jié)論

現(xiàn)在的二次雷達(dá)普遍為單脈沖二次雷達(dá)，單脈沖測(cè)角技術(shù)在二次雷達(dá)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由于空域的環(huán)境復(fù)雜性，以及二次雷達(dá)前端信號(hào)處理采樣的誤差，可能會(huì)導(dǎo)致應(yīng)答脈沖受到干擾，將直接影響單脈沖二次雷達(dá)的測(cè)角精度。本文通過(guò)對(duì)應(yīng)答脈沖群的統(tǒng)計(jì)分析，推算出此次測(cè)角精度的準(zhǔn)確性，并根據(jù)信號(hào)處理后得到的和、差幅度以及符號(hào)位的變化趨勢(shì)，對(duì)方位的準(zhǔn)確性進(jìn)行打分，同時(shí)通過(guò)計(jì)算原始應(yīng)答脈沖群方位的方差，一定程度上可以反應(yīng)應(yīng)答脈沖的信號(hào)質(zhì)量。后續(xù)航跡處理進(jìn)行航跡濾波時(shí)，根據(jù)方位分值以及原始應(yīng)答脈沖群方位方差實(shí)時(shí)調(diào)整濾波系數(shù)，再結(jié)合航跡當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，對(duì)目標(biāo)航跡方位進(jìn)行了修正，相比于修正前的目標(biāo)方位，修正后的方位更加接近于目標(biāo)的真實(shí)方位。

根據(jù)分析比較，本文中的方位修正方法能一定程度修正目標(biāo)的方位值，改善目標(biāo)的態(tài)勢(shì)效果。此方法基于目標(biāo)歷史運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確性，在測(cè)量方位發(fā)生偏差時(shí)，使用預(yù)測(cè)方位修正測(cè)量方位，如果歷史方位存在較大誤差，將降低本方法的改善效果。因此要改善二次雷達(dá)的測(cè)角精度，還是要在雷達(dá)前端中降低信號(hào)噪聲，提高信號(hào)質(zhì)量。