地面情報(bào)雷達(dá)點(diǎn)跡過濾技術(shù)研究

官林海

摘要

在雷達(dá)掃描過程中，由于受到外部環(huán)境的影響，實(shí)際回波中總是混雜著噪聲、雜波和各類千擾，這些雜波和干擾信號被雷達(dá)檢測和提取后，形成虛假點(diǎn)跡，如果不進(jìn)行處理，將會大大提高形成虛假航跡的概率，嚴(yán)重影響雷達(dá)的探測性能。本文所述點(diǎn)跡過濾技術(shù)是通過提取真假目標(biāo)點(diǎn)跡的歸一化幅度、距離展寬、方位展寬等特征信息，然后對得到的每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)跡計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)判別目標(biāo)的真假性，進(jìn)而別除虛假點(diǎn)跡，并進(jìn)行計(jì)算仿真。最后利用該方法對外場實(shí)錄數(shù)據(jù)進(jìn)行處理測試，結(jié)果表明實(shí)測結(jié)果與仿真結(jié)果一致。

【關(guān)鍵詞】虛假點(diǎn)跡 點(diǎn)跡過濾 真假目標(biāo)

1 引言

地面情報(bào)雷達(dá)一般也稱作地面監(jiān)視雷達(dá)或地面警戒雷達(dá)，主要用作國土防空和空中交通管制，多采用邊搜索邊跟蹤體制，能同時(shí)對一定仰角和一定距離、360°全方位范圍內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行探測跟蹤。探測過程中，由于地面反射、通訊基站、廣播電臺等的影響，回波中總是混雜著機(jī)內(nèi)噪聲、地物雜波和各類干擾，從而形成虛假點(diǎn)跡。虛假點(diǎn)跡包括噪聲虛警、雜波剩余及干擾所形成的點(diǎn)跡，它們具有隨機(jī)特性。雷達(dá)的目標(biāo)提取器不僅能檢測、錄取真實(shí)目標(biāo)的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)，同時(shí)也能錄取虛假目標(biāo)的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)，這些真假目標(biāo)的點(diǎn)跡會一起被上報(bào)到雷達(dá)終端顯示器中，這不僅加大了計(jì)算機(jī)的處理量，而且也不利于目標(biāo)航跡的跟蹤。剔除虛假點(diǎn)跡主要通過雷達(dá)的信號處理系統(tǒng)完成，例如采用旁瓣相消、動(dòng)目標(biāo)顯示（MTI）、動(dòng)目標(biāo)檢測（MTD）、恒虛警（OFAB）檢測、雜波圖等處理方法。另外，也可以依據(jù)真假目標(biāo)點(diǎn)跡分布特性的不同對目標(biāo)點(diǎn)跡進(jìn)行判別，形成點(diǎn)跡過濾的準(zhǔn)則，本文主要針對點(diǎn)跡過濾技術(shù)進(jìn)行研究。

2 點(diǎn)跡過濾

點(diǎn)跡過濾主要是利用雷達(dá)回波點(diǎn)跡的不同特征參數(shù)信息，計(jì)算出點(diǎn)跡的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（0到1之間），然后據(jù)此剔除一些虛假點(diǎn)跡?；敬胧┦菍μ崛〉哪繕?biāo)點(diǎn)跡的各個(gè)特征兩兩組合，然后求出該特征組合下的似然概率，最后對所有特征組合下的似然概率加權(quán)求和，得出用于判別點(diǎn)跡真假的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

為了計(jì)算目標(biāo)真假性的似然概率，雷達(dá)首先識別和標(biāo)識出所有真假目標(biāo)樣本的點(diǎn)跡。然后對真假目標(biāo)的點(diǎn)跡，提取有用的特征信息，分別計(jì)算點(diǎn)跡每個(gè)特征對應(yīng)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。接下來把真假點(diǎn)跡的特征進(jìn)行組合（如（X，Y），X，Y代表特征信息）放在同一坐標(biāo)系中，如圖1所示。

（圖1中：X，Y代表點(diǎn)跡的特征信息，LK代表似然概率，V是真目標(biāo)樣本集，F(xiàn)是假目標(biāo)樣本集。）

找出一條區(qū)分目標(biāo)真假的分隔線D₀，左右等距平移直線D₀，得到線D₁和D₂，它們之間的寬度由α確定：

式中，α是（0，1.0）之間的常量，X₀，X₁，X₂是D₀、D₁和D₂與X軸的交點(diǎn)，Y₀，Y₁，Y₂是D₀、D₁和D₂與Y軸的交點(diǎn)。

一個(gè)基本的似然概率計(jì)算方法是，規(guī)定在線D₁和D₂之間的點(diǎn)的似然概率在0.0和1.0之間，超過直線D：的點(diǎn)的似然概率約束為1.0，在直線D₁之下的點(diǎn)的似然概率約束為0;

為了給出最終的似然概率LK，對同一點(diǎn)跡的每一特征組合下的似然概率進(jìn)行加權(quán)求和，可得：

其中，LK是似然概率，Lp_i是第i個(gè)特征組合的基本似然概率，wp_i是第i個(gè)特征組合的權(quán)重。

最后，判別目標(biāo)點(diǎn)跡真假性的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)計(jì)算為：R=1.0-LK

觀察圖1可以發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)真假性的判別結(jié)果主要受分隔線D₁、D₂的間距影響，即取決于α的大小。

根據(jù)計(jì)算出的每一個(gè)點(diǎn)跡的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，設(shè)置一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)門限T，用如下公式進(jìn)行真假目標(biāo)判別，以過濾掉噪聲虛警、雜波剩余及干擾等虛假目標(biāo)的點(diǎn)跡。根據(jù)上述點(diǎn)跡過濾的實(shí)現(xiàn)步驟，給出實(shí)現(xiàn)流程圖（圖2），并據(jù)此進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)：

3 計(jì)算仿真

上節(jié)所述特征組合的選擇，一般取決于雷達(dá)類型、工作模式、雜波環(huán)境及干擾類型等。本章我們提取的目標(biāo)三個(gè)特征參數(shù)信息是：目標(biāo)點(diǎn)跡的歸一化幅度、距離展寬、方位展寬，它們對應(yīng)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差見表1。

3.1 仿真結(jié)果

（1）利用上述真假目標(biāo)判別的求解步驟，對照圖1給出一種特征組合下的似然概率劃分圖（圖3）。

（2）本仿真T=0.9，由第2章可知，假目標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)應(yīng)為R_假>0.9，真目標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)應(yīng)為R_真≤0.9。下面取3組α值，分析真假目標(biāo)判別的性能。

1.當(dāng)α=0.1時(shí)，各取100組真、假目標(biāo)的特征信息，求解出風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)如圖4所示。

觀察圖4及表2可以得出，α=0.1時(shí)真假目標(biāo)判別的正確率為P_0.1=（97+79）/200%=88%。部分假目標(biāo)點(diǎn)跡的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)并不滿足判別條件，真目標(biāo)點(diǎn)跡的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)基本上都滿足判別條件。因此，得出的結(jié)果會把一些假目標(biāo)的點(diǎn)跡判別為真目標(biāo)，把少許真目標(biāo)的點(diǎn)跡判別為假目標(biāo)。

2.當(dāng)α=0.5時(shí)，各取100組真、假目標(biāo)的特征信息，求解出風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)如圖5所示。

觀察圖5及表3可以得出，α=0.5時(shí)真假目標(biāo)判別的正確率為P_0.5=61.5%。

3.當(dāng)α=0.9時(shí)，各取100組真、假目標(biāo)的特征信息，求解出風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)如圖6所示。

觀察圖6及表4可以得出，α=0.9時(shí)真假目標(biāo)判別的正確率為P_0.9=50.5%。

統(tǒng)計(jì)上述3組判別結(jié)果見表5。

由表5可以看出，隨著α值的增加，真假目標(biāo)的聯(lián)合判別正確率逐漸降低。同時(shí)對照表2～4也可以發(fā)現(xiàn)，隨著α值的增加，真目標(biāo)的判別正確率提高，但假目標(biāo)的判別正確率降低。當(dāng)α取值較小時(shí)，真假目標(biāo)的聯(lián)合判別正確率比較高，但也會使部分真目標(biāo)被判別為假目標(biāo)，這將導(dǎo)致真目標(biāo)點(diǎn)跡的丟失，不利于跟蹤，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇。值的大小。

4 實(shí)測數(shù)據(jù)處理結(jié)果

在上述理論仿真的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了實(shí)測數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證。通過對某雷達(dá)實(shí)測回波信號進(jìn)行脈壓、多普勒濾波、CFAR及雜波圖檢測等處理得到目標(biāo)點(diǎn)跡，進(jìn)而通過對比二次雷達(dá)信息選取出真、假目標(biāo)點(diǎn)跡作為訓(xùn)練樣本，分別得到真、假目標(biāo)各個(gè)特征的均值、標(biāo)準(zhǔn)差。對未知點(diǎn)跡采用第2章所述算法計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，對高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)跡進(jìn)行過濾，基本處理流程如圖7所不。

目標(biāo)點(diǎn)跡凝聚處理的過程在電子工業(yè)出版社出版的《雷達(dá)信號處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)》一書中有詳細(xì)描述，本文不再贅述。

目標(biāo)的原始點(diǎn)跡經(jīng)凝聚處理后，己獲得唯一的距離、方位估計(jì)值。同時(shí)，在進(jìn)行上述凝聚的過程中，分別提取點(diǎn)跡在距離、方位上的展寬特性。

經(jīng)過點(diǎn)跡凝聚處理己得到點(diǎn)跡的距離、方位、幅度及距離展寬、方位展寬等信息，緊接著對得到的點(diǎn)跡計(jì)算其風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。本次實(shí)測數(shù)據(jù)處理中，所設(shè)風(fēng)險(xiǎn)門限T=0.9，不同α值時(shí)的判別結(jié)果如下：

（1）α=0.1的判別結(jié)果

對上圖所示點(diǎn)跡進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：點(diǎn)跡過濾前有21021個(gè)點(diǎn)跡，點(diǎn)跡過濾后有8057個(gè)點(diǎn)跡（α=0.1）。由此可以發(fā)現(xiàn)第2章所述點(diǎn)跡過濾算法取得了一定的點(diǎn)跡剔除效果。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，對于區(qū)域A，原始點(diǎn)跡中被虛假點(diǎn)跡掩蓋住的真目標(biāo)航跡，經(jīng)過點(diǎn)跡過濾處理后顯性的出現(xiàn)在視野中。當(dāng)然，對于區(qū)域B，也可以發(fā)現(xiàn)點(diǎn)跡過濾后，部分真目標(biāo)點(diǎn)跡被判錯(cuò)。通過對比二次雷達(dá)提供的航跡信息，真實(shí)目標(biāo)的判別正確率約為87.56%。

5 結(jié)論

通過對比上述不同α值時(shí)實(shí)測點(diǎn)跡過濾結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，一方面隨著α值的增大，真目標(biāo)判別的正確率逐漸增大;但是，另一方面隨著α值的增大，剔除的虛假點(diǎn)跡個(gè)數(shù)也逐漸減少，所得結(jié)果與第3章的仿真結(jié)果一致。工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的α值，以達(dá)到預(yù)期的效果。

參考文獻(xiàn)

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