STAR2000空管雷達陣地優化方法淺析

摘 要 STAR2000空管雷達是引進法國“泰雷茲”公司的一次近程民用航空交通管制雷達，為近進管制提供了較為有利的手段。雷達是按照無人值 守要求設計，采用雙通道冗余熱備份結構，發射機采用全固態設計，采取網絡化和軟件化等先進技術手段實現雷達性能的優化。本文提出STAR2000空管雷達陣地化優化方法及思路，從而進一步發揮雷達最佳的應用性能。

關鍵詞 雷達;陣地化;優化

1概述

隨著計算機處理能力的提高以及運算速度的提升，為雷達的軟件化設計提供可能。早期雷達使用硬件完成信號處理和數據處理功能，為了達到較好的雷達檢測性能，需要進行大量的硬件電路設置及調整。而STAR2000雷達的信號處理和數據處理全部由軟件實現功能，所以只需要通過工具軟件對雷達運行參數進行調整，同時結合少量的硬件測試調整，就能達到很好的目標檢測優化效果。

2STAR2000雷達利于優化的結構設計

法國“泰勒斯”公司的STAR2000空管一次雷達采用網絡化的物理結構，各分系統之間使用網絡通信及連接，并采用全軟件化設計，可以通過軟件進行大量的參數調整來控制雷達的工作模式，使得該雷達具備極強的環境適應性和陣地現場優化的能力。

2.1 基本優化方法

STAR2000雷達陣地基本優化方法是通過改變雷達的關鍵參數，結合測量結果，觀察目標和雜波的原始視頻，進行多方面綜合后，確認優化的方案，基本結構如圖1所示：

對該優化流程的結構而言，STAR2000雷達優化包含三個方面：第一個是使用工具進行優化參數的設計和設置傳輸;第二個是優化后雷達相關參數的測量和確認;第三個是雷達測量結果的顯示及優化結果的確認，包括目標各類特性參數的數據統計和各類視頻的顯示確認。

2.2 信號處理結構及優化原則

空管雷達信號處理硬件結構如圖2所示，包括2塊PUMA板、1塊RIO板和1臺TMR PC計算機。

其中RIO 板為雷達輸入輸出板，輸入接收機的目標通道和氣象通道的 I/Q 信號、接收機和微波組件的狀態信息;輸出觸發及控制信號、信號處理中間過程視頻（送往 IBIS作為優化的評判標準和優化措施選擇的主要手段）。PUMA板為雷達處理數據管理和獲取電路板，其通過以太網與信號處理計算機（TMR PC）相連。TMR PC包含三個以太網接口，分別連接SWITCH VIDEO、SWITCH SUP和PUMA 板。TMR PC采用Linux操作系統，主要運行雷達信號處理的各子程序。

TMR PC的信號處理流程或軟件組成如圖3所示，包括干擾檢測、脈沖壓縮、幅相補償測量、飽和及跨周期回波檢測、幅相補償、自適應MTD、濾波器組選擇、求模、雜波圖、CFAR檢測、初始點跡形成、初始點跡門限處理、點跡錄取、點跡濾波等諸多模塊組成。

各處理模塊通過接口與SWITCH SUP鏈接，實現與監控終端的數據鏈接。 優化操作軟件（CBP）為監控終端計算機的可執行程序，操作員通過CBP將各種優化參數送往信號處理的各模塊，實現對干擾檢測、脈沖壓縮、幅相補償測量、飽和及跨周期回波檢測、幅相補償、AMTD、濾波器組選擇、求模、雜波圖、CFAR檢測、初始點跡形成、初始點跡門限處理、點跡錄取、點跡濾波等所有信號處理環節的控制和優化。

信號自天線接收經過信號處理至形成點跡的整個數據流程，有下面幾個方面可進行優化調整：

在信號為射頻信號時對雷達頭進行優化，以確保：

避免低噪聲放大器和接收機由于接收信號功率過大造成飽和。

減少地物雜波回波

優化PE（回波存在）的處理及檢測

優化與實際目標相關的數據處理和點跡濾波參數

優化往往是對上述參數進行反復調整的過程，以達到目標檢測和虛警抑制的平衡點

2.3 數據處理結構及優化原則

數據處理主要功能是進行目標點跡/航跡相關、濾波和一二次雷達信號點跡合成等相關數據處理，其所有處理進程都由DPC PC計算機完成。

通過SWITCH I/O局域網交換機與信號處理計算機（TMR PC）、授時設備（NTPS）、輸出接口設備（Plines）、SSR進行各類數據交換;通過SWITCH SUP局域網交換機與TMR PC、IBIS和監控終端進行相應的數據交換。

點跡相關和關聯程序包括三個階段，預相關階段、相關階段和關聯階段。預相關階段根據距離方位單元對可能相關的點跡/航跡進行初始相關;相關階段根據檢測目標的特征參數并按照每個預相關點跡的時間關系進行外推處理，同時計算該點跡-航跡對的檢測概率（綜合考慮預測點跡與實測點跡的距離差等）;關聯階段解決相關目標的沖突，并根據檢測概率形成正確的點跡-航跡概率對。通過CBP軟件可對一下點跡-航跡相關的各項參數進行調整：目標特征參數（PSR航跡起批或航跡確認的速度門限，及縱向和橫向加速度等）、航跡起批參數（速度、丟點率、丟點時間等）、特殊航跡處理區等。

航跡更新和濾波包括兩個過程，航跡更新通過卡爾曼濾波對后續航跡點進行更新和平滑，即航跡的實測點跡和預測點跡間的位置和速度差進行平滑得到與航跡相關點跡的數據;航跡濾波則根據相應的準則對雜波航跡、慢速目標航跡和仙波進行濾波。

3整體優化流程

STAR2000雷達通過調整雷達參數以適應不同的陣地環境，從而實現雷達性能最佳。 雷達性能優化的依據是雷達的基本探測性能參數，包括雷達檢測概率、虛警率、測量精度、虛假航跡數、一二次雷達目標合成率、一二次雷達目標合成丟失率等。

雷達陣地優化可分為三個層次，第一層為雷達初始參數設置，加載信號處理和數據處理系統的初始參數;第二層為雷達優化參數的調整設置，根據顯示終端的原始視頻信號，適當調整天線的傾角、雷達的工作參數（如STC設置、動態范圍、濾波器參數、CFAR門限參數等）;第三層為雷達性能分析，SASSC軟件根據雷達的輸出數據分析雷達的主要性能指標，如檢測概率、虛假點跡數、距離和方位精度、誤碼率等。然后根據SASSC的結果再調整雷達的可調參數，直到雷達性能達到指標要求。

STAR2000雷達的陣地優化調整是通過CBP軟件實現，可讀取當前雷達的運行參數，并通過更改運行參數進行性能調整。通常在雷達優化的過程中，主要進行如下參數的調整：雷達時序、天線轉速、工作頻率、方位數據測量及校準、STC設置、高低波束選擇、雜波區（固定雜波、地面車輛干擾等）設置、視頻輸出選擇以及通道的狀態選擇等。

SASSC雷達性能分析軟件有數據采集和性能分析等兩個階段組成。數據采集是根據“EUROCONCAL”標準（SUR.ET1.ST03. 1000-STD-01-01）采集雷達檢測目標信息，并產生目標檢測能力的各項評估報告，包括平滑/濾波后的一次雷達目標報告、平滑/濾波后的二次雷達目標報告、平滑/濾波后的一二次雷達合成目標報告以及分析所需的其他相關數據。雷達性能分析階段主要分析一二次雷達的性能參數、一二次雷達數據合成參數、雷達陣地數據處理延時以及雷達的可用性等，其中性能參數包括檢測概率、虛警概率、定位精度和分辨率，一二次合成參數包括目標關聯概率和虛警關聯概率等。

4結束語

正如前文所說，優化是在提高目標檢測能力與抑制虛警兩個方面之間找到最佳的平衡點，也就是說檢測能力的提高必然會帶來虛警的增多，同樣虛警的減少也會帶來檢測能力的下降。所有優化的手段及方法都同時對正常雷達信號和雜波起到相同的作用，通過修改各項參數，可以較好地改善雷達的檢測和虛警，但無法完全排除丟點或假情的現象。

對雷達優化是雷達保障人員長時間經驗積累的過程，需長期實踐操作和分析。在調整參數的過程中總結規律，可以逐漸發現各項參數在不同時間，不同環境下的最佳值，達到較為良好的優化效果，使得雷達發揮出最佳的應用效能。

參考文獻

[1] Thales Primary Surveillance Radar STAR 2000-Technical Manual Book.

作者簡介

王曉松（1970-），男，北京市順義區人;高級工程師，現就職單位：華北空管局，研究方向：從事航管雷達設備維護維修工作，側重二次雷達“S”模式研究。