基于航向統(tǒng)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(chǎn)生反射，以至雷達產(chǎn)生仙波，仙波無法在信號處理層濾除，易產(chǎn)生虛假航跡。本文利用仙波目標(biāo)慢速直線同向的特點，在后端數(shù)據(jù)處理層提出了一種基于航向統(tǒng)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(rèn)”過程，可正確識別出仙波航跡。

【關(guān)鍵詞】雷達仙波 航向統(tǒng)計分布 識別方法

在利用雷達探測空中目標(biāo)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(rèn)為這些仙波通常是由飛鳥或昆蟲產(chǎn)生的[1]。但在很多天氣良好的情況下，根據(jù)人們視覺觀察并沒有發(fā)現(xiàn)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(rèn)為仙波大多出現(xiàn)于春夏兩季的沿海地帶，不僅在白天出現(xiàn)，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(chǎn)生熱對流的現(xiàn)象，這些都會導(dǎo)致雷達回波增強，因而產(chǎn)生仙波。文獻2同時指出，仙波與一般真實目標(biāo)在過門限點數(shù)、相鄰單元時域相關(guān)性、頻譜特性方面的沒有本質(zhì)差異，所以無法在信號處理層應(yīng)用MTI對其進行濾除。對雷達而言，仙波目標(biāo)一般探測連續(xù)，與一般運動目標(biāo)類似，因此會起始虛假航跡，增加了雷達系統(tǒng)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(biāo)，進行了分析。XX雷達為一二次合裝雷達，此類虛假目標(biāo)無二次點跡，只有一次點跡，多為慢速直線運動目標(biāo)，且同一時刻出現(xiàn)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(shù)據(jù)處理層對仙波航跡進行識別。本文提出了一種基于航向統(tǒng)計分布的仙波航識別方法，正是利用了仙波目標(biāo)慢速同向的特點，并將其應(yīng)用在XX雷達上，發(fā)現(xiàn)本方法可以有效的識別出現(xiàn)的仙波虛假航跡。

1基于航向統(tǒng)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(biāo)，本文從目標(biāo)的航向統(tǒng)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(qū)。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(qū)間內(nèi)；而方位分組是指更新航跡的點跡的方位坐標(biāo)處于哪個方位區(qū)間內(nèi)。等分的方向數(shù)，可作為“仙波處理方向分組”參數(shù)，用于后期的優(yōu)化控制。

然后，數(shù)據(jù)處理對接收到信號點跡，進行起始，相關(guān)，濾波跟蹤，并對濾波后的穩(wěn)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(shù)（“仙波識別速度”），則記錄該航跡，作為“疑似仙波航跡”，并依據(jù)該航跡的航向，將其分配到對應(yīng)的方向分組。數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計每個天線掃描周期，各方向分組內(nèi)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(qū)的寬度是22.5°。若在某個天線掃描周期內(nèi)（即天線從0°開始掃到360°這段時間內(nèi)），數(shù)據(jù)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(qū)2內(nèi)有2條；運動方向在扇區(qū)3內(nèi)有3條；運動方向在扇區(qū)4內(nèi)有2條；運動方向在扇區(qū)5內(nèi)有1條；運動方向在扇區(qū)6內(nèi)有1條；運動方向在扇區(qū)11內(nèi)有3條；運動方向在扇區(qū)12內(nèi)有5條；運動方向在扇區(qū)13內(nèi)有2條；運動方向在扇區(qū)14內(nèi)有1條。由此可見方向扇區(qū)12內(nèi)的疑似仙波航跡的數(shù)量最多，該扇區(qū)所指示的方向區(qū)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(qū)內(nèi)所包含的疑似仙波航跡的數(shù)量超過預(yù)設(shè)參數(shù)“疑似仙波狀態(tài)門限”，該掃描周期就成為疑似仙波狀態(tài)掃描周期。此時，有一個“疑似仙波狀態(tài)計數(shù)器”開始計算并對記錄的數(shù)值加1。若在下一個天線掃描周期，所有的方向扇區(qū)所包含的疑似仙波航跡的數(shù)量均不超過“疑似仙波狀態(tài)門限”，則該掃描周期為一個正常掃描周期，疑似仙波狀態(tài)計數(shù)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(tài)計數(shù)器的數(shù)值超過預(yù)設(shè)參數(shù)“確認(rèn)仙波狀態(tài)門限”，則該掃描周期就成為“確認(rèn)仙波狀態(tài)掃描周期”。此時，數(shù)據(jù)處理將該天線掃描周期內(nèi)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(rèn)計數(shù)器”。每一個疑似仙波航跡都有一個計數(shù)器，這個計數(shù)器就是仙波航跡確認(rèn)計數(shù)器。若在當(dāng)前天線掃描周期內(nèi)，某一個疑似仙波航跡的航向與當(dāng)前周期的仙波方向之差小于參數(shù)“仙波方向差門限”，則這條疑似仙波航跡的仙波確認(rèn)計數(shù)器就加1，直到該確認(rèn)計數(shù)器的數(shù)值超過參數(shù)“仙波航跡確認(rèn)門限”，那么這條疑似仙波航跡就成為確認(rèn)仙波航跡。

通過以上多掃描周期的“疑似”，“確認(rèn)”過程，可以將仙波航跡正確識別出來。之后，數(shù)據(jù)處理對識別出的仙波航跡進行標(biāo)識，并將其置“不上報”標(biāo)志，不允許上報給上級情報系統(tǒng)，降低了雷達系統(tǒng)的“虛警率”。

2結(jié)語

春夏季節(jié)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(chǎn)生仙波。仙波與一般真實目標(biāo)在過門限點數(shù)、相鄰單元時域相關(guān)性、頻譜特性方面的沒有本質(zhì)差異，無法在信號層對其濾除，易產(chǎn)生虛假航跡。本文利用了仙波目標(biāo)慢速直線同向的特點，在后端數(shù)據(jù)處理層提出了一種基于目標(biāo)航向統(tǒng)計分布方法，通過多周期的“疑似”，“確認(rèn)”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(biāo)散射特性分析的雷達探鳥實驗[J].航空學(xué)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(xiàn)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(jiān)視雷達系統(tǒng)（NO. 2011BAH24B05）。