一種群目標(biāo)的可視化分辨方法

周　游　李浩正　陳穎哲

(西安電子工程研究所　西安　710100)

0　引言

群目標(biāo)作為一種彼此間距很小、運(yùn)動(dòng)方向和速度基本一致的多目標(biāo)集合[1]，其密集編隊(duì)飛行方式，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中已經(jīng)成為突破敵方防空監(jiān)視系統(tǒng)的重要手段之一[2]。目前，雷達(dá)對(duì)群目標(biāo)的高分辨處理，大多是基于寬帶體制下的，主要集中在一維高分辨距離像和二維SAR、ISAR成像兩類[3-4]。

但是我國(guó)現(xiàn)役警戒雷達(dá)多為窄帶體制，自身分辨率較低，無法提供足夠的信息以實(shí)現(xiàn)對(duì)群目標(biāo)的準(zhǔn)確判決[5]。將現(xiàn)役雷達(dá)更新為寬帶體制顯然不夠現(xiàn)實(shí)，因此需要一種方法能夠在窄帶體制的基礎(chǔ)上對(duì)群目標(biāo)進(jìn)行輔助分辨。

本文介紹的群目標(biāo)可視化分辨方法以實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從信號(hào)處理機(jī)、數(shù)據(jù)處理機(jī)、雷達(dá)終端三部分出發(fā)，分別增加輔助處理通道，最終采用兩種方法顯示群目標(biāo)，工程實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，能夠滿足需求。

1　系統(tǒng)處理流程

本系統(tǒng)為方位機(jī)械掃描、俯仰DBF體制，處理流程如圖1所示，雷達(dá)終端定時(shí)給信號(hào)處理機(jī)發(fā)送下個(gè)波列的工作參數(shù)，信號(hào)處理機(jī)收到工作參數(shù)后，協(xié)調(diào)6塊AD采樣板、4塊DBF板、定時(shí)接口板按指定參數(shù)工作，并將最后檢測(cè)到的目標(biāo)發(fā)送給雷達(dá)終端和數(shù)據(jù)處理機(jī)做后續(xù)處理和顯示；數(shù)據(jù)處理機(jī)收到點(diǎn)跡信息后，根據(jù)現(xiàn)有航跡進(jìn)行匹配，并將每批航跡的最新位置和下一圈預(yù)測(cè)位置信息上報(bào)給雷達(dá)終端；當(dāng)雷達(dá)操作手在終端PPI頁(yè)面中發(fā)現(xiàn)可疑群目標(biāo)的時(shí)候，選擇其中任意一批目標(biāo)的批號(hào)，將該批目標(biāo)下一圈的預(yù)測(cè)值發(fā)送給信號(hào)處理機(jī)，當(dāng)下一圈天線掃過該預(yù)測(cè)位置的時(shí)候信號(hào)處理機(jī)上報(bào)該位置附近距離單元以及多普勒維的檢測(cè)信息，從中可以看出群目標(biāo)中有幾個(gè)單體目標(biāo)，及每個(gè)目標(biāo)的距離、多普勒頻率、回波幅度信息。

圖1　系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖

2　分系統(tǒng)處理流程

2.1　信號(hào)處理流程

信號(hào)處理的流程如圖2所示，天線接收信號(hào)經(jīng)過AD采樣轉(zhuǎn)為中帶數(shù)字信號(hào)，后續(xù)經(jīng)過DDC、DBF、

脈沖壓縮、MTD、雜波圖、CFAR門限檢測(cè)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信息提取。收到雷達(dá)終端下發(fā)的高分辨指令以及指定的距離、方位信息后，信號(hào)處理機(jī)提取出該距離附近25個(gè)單元，多普勒頻率12個(gè)單元的幅度信息，并在下一圈天線掃描過該位置的時(shí)候，將數(shù)據(jù)發(fā)送給雷達(dá)終端做RF、AR顯示。

圖2　信號(hào)處理流程圖

2.2　數(shù)據(jù)處理流程

數(shù)據(jù)處理的流程如圖3所示，由于信號(hào)處理單元檢測(cè)到的目標(biāo)是相對(duì)天線坐標(biāo)系的，因此需要首先依據(jù)天線機(jī)械傾角進(jìn)行變換，將目標(biāo)變換到穩(wěn)定的大地水平坐標(biāo)系下；經(jīng)過點(diǎn)跡凝聚、雜波剔除后剩余的點(diǎn)跡如果和已有航跡能夠關(guān)聯(lián)，則刷新該航跡的最新位置，同時(shí)濾波預(yù)測(cè)下一圈的位置，并將該批航跡最新位置和預(yù)測(cè)值輸出給雷達(dá)終端，輔助實(shí)現(xiàn)可視化分辨。

2.3　終端顯示流程

終端顯示的流程如圖4所示，為了保證顯示流程，不影響網(wǎng)絡(luò)接收及其他用戶操作，采用DirectDraw方式繪圖[6]，現(xiàn)對(duì)DirectDraw及其繪圖主要流程進(jìn)行介紹。

Windows環(huán)境下的顯示操作大都采用GDI(圖形設(shè)備接口)方式，這種方式對(duì)圖像數(shù)據(jù)的處理不能直接通過硬件，而是基本完全利用CPU在軟件環(huán)境下操作，因此大大降低了圖像數(shù)據(jù)顯示的速率。為了解決這一問題，Microsoft推出另外一種顯示硬件操作接口的多媒體開發(fā)庫(kù)——DirectX，它能夠與大多數(shù)顯卡兼容，并且可以在Windows上直接控制各種硬件(如聲卡，輸出入裝置等)，具有更快速，最短延遲，更底層等特點(diǎn)，而DirectDraw就是其中之一，它主要由主表面和離屏表面組成。

圖3　數(shù)據(jù)處理流程圖

圖4　終端顯示流程圖

主表面(Primary Surface)是最終呈現(xiàn)給用戶的表面，所有的DirectDraw程序都有且只有一個(gè)主表面。主表面由可見主頁(yè)面和后臺(tái)緩沖區(qū)組成，它們之間可以進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，在翻轉(zhuǎn)的過程中，可見主頁(yè)面和后臺(tái)緩沖區(qū)對(duì)調(diào)，翻轉(zhuǎn)之后后臺(tái)緩沖區(qū)變?yōu)榭梢?，以前的可見?yè)面則成為后臺(tái)緩沖區(qū)，通過這種方式可以實(shí)現(xiàn)平滑、不閃爍的圖像快速切換。

離屏表面(Offscreen Surface)是用戶自定義的一個(gè)可變大小的存儲(chǔ)緩沖區(qū)，它是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的表面，始終是不可見的，在一個(gè)DirectDraw程序中，可以有多個(gè)離屏表面。離屏表面有助于表面之間的相互切換，從而實(shí)現(xiàn)平滑過渡。它通常被用來存儲(chǔ)位圖，用于將位圖圖像粘貼到主表面或后臺(tái)緩存上。各個(gè)表面之間的交互如圖5所示。

圖5　DirectDraw各個(gè)頁(yè)面之間的交互

雷達(dá)終端收到信號(hào)處理上報(bào)的目標(biāo)周圍25個(gè)距離單元，12個(gè)多普勒單元的幅度值后，默認(rèn)采用RF方式顯示數(shù)據(jù)，橫軸為多普勒頻率(F)，縱軸為距離單元(R)，對(duì)每個(gè)RF位置根據(jù)信號(hào)處理機(jī)上報(bào)的幅度值顯示不同亮度的矩形塊，幅度值越大，矩形塊越亮，亮的個(gè)數(shù)即為該群目標(biāo)中單體目標(biāo)的數(shù)目，根據(jù)橫縱坐標(biāo)可以查看每個(gè)目標(biāo)的RF參數(shù)值；同時(shí)設(shè)計(jì)AR顯示方式，橫軸為距離單元(R)，縱軸為幅度值(A)，對(duì)不同多普勒頻率繪制不同線型的曲線，總共12條曲線，峰值出現(xiàn)的個(gè)數(shù)即為單體目標(biāo)數(shù)，從峰值線型和R值也可查看該目標(biāo)的RF參數(shù)值。雷達(dá)操作手可以通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵來切換這兩種顯示方式，以更好地觀測(cè)群目標(biāo)。

3　實(shí)測(cè)結(jié)果分析

以下數(shù)據(jù)為實(shí)際試驗(yàn)過程中采集到的，雙機(jī)編隊(duì)飛行，該組目標(biāo)在信號(hào)處理過程中被判斷為一個(gè)目標(biāo)，因此在雷達(dá)終端PPI中只顯示一個(gè)點(diǎn)跡，當(dāng)雷達(dá)操作手下發(fā)高分辨指令以后，處理結(jié)果的RF顯示方式如圖6所示，AR顯示方式如圖7所示，可以明顯看到有兩個(gè)目標(biāo)，第一個(gè)目標(biāo)幅度較大，在多普勒維有所展寬，第二個(gè)目標(biāo)幅度較小，二者在距離維相差3個(gè)距離單元。

圖6　RF可視化分辨效果圖

圖7　AR可視化分辨效果圖

4　結(jié)束語

本文針對(duì)窄帶體制雷達(dá)分辨率較低，無法對(duì)群目標(biāo)進(jìn)行分辨的問題，提出了一種輔助性的可視化分辨方法，該方法通過對(duì)信號(hào)處理機(jī)、數(shù)據(jù)處理機(jī)增加高分辨處理，并在雷達(dá)終端增加兩種顯示方式，方便操作手觀察群目標(biāo)。最后基于某型窄帶雷達(dá)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)所提方法進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證。結(jié)果表明，該方法可以明顯區(qū)分群目標(biāo)，具有良好通用性。