關(guān)于場面監(jiān)視雷達數(shù)據(jù)處理方法分析

（中國民用航空中南地區(qū)空中交通管理局湖南分局，湖南長沙 410100）

0.引言

機場地面監(jiān)視雷達是空中交通管制系統(tǒng)的重要組成部分，用于對機場內(nèi)的飛機和車輛進行監(jiān)視。該系統(tǒng)使機場管制人員能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地監(jiān)控機場的交通狀況，對機場的正常運行起著重要的作用。近年來，隨著航空運輸?shù)陌l(fā)展，機場地面運輸變得越來越復(fù)雜，對地面監(jiān)測的需求也越來越大。雷達數(shù)據(jù)處理是雷達監(jiān)測的基礎(chǔ)技術(shù)之一。通過接收、處理數(shù)據(jù)跟蹤雷達信號形成的目標(biāo)路徑，可以預(yù)測目標(biāo)的運動狀態(tài)。

1.場面監(jiān)視雷達的發(fā)展和現(xiàn)狀

在過去，機場工作人員通過計算機對交通進行監(jiān)控和控制，這種方法存在著一定的問題，使機場容易受到地理氣候的影響。在過去20年，航空運輸?shù)玫搅丝焖侔l(fā)展，機場交通變得越來越復(fù)雜，降落的飛機越來越多，在這種情況下，基于視覺和人工干預(yù)的交通管制已經(jīng)不能滿足機場管制的要求。在日益復(fù)雜和不穩(wěn)定的情況下，機場必須采取更有效的方法，更好地管理飛機和地面車輛。

因此，開發(fā)機場地面監(jiān)測雷達是解決機場交通問題、提高機場地面運行效率的最佳途徑。雷達將計算機與現(xiàn)代通信和其他先進電子技術(shù)結(jié)合起來，用于地面監(jiān)測，實時監(jiān)控飛機和其他車輛在跑道和停車場的運動。通過在機場適當(dāng)位置安裝場面監(jiān)視雷達，機場和地面人員可以根據(jù)場面監(jiān)視雷達對機場現(xiàn)場的交通進行準(zhǔn)確的控制和引導(dǎo)。機場場面監(jiān)視雷達將極大地改善地面管制和安全條件，提高地面運行效率，更好地保障機場安全正常運行。

1.1 場面監(jiān)視雷達的發(fā)展

場面監(jiān)視雷達主要用于監(jiān)測和監(jiān)控機場內(nèi)飛機及車輛的運動情況。在惡劣的天氣中，需要通過場面雷達監(jiān)測來獲得關(guān)于飛機和車輛位置的信息。隨著雷達技術(shù)的發(fā)展和需求的增加，場面監(jiān)視雷達在水庫大壩防護、海岸監(jiān)測、重點地區(qū)軍事設(shè)施監(jiān)督、執(zhí)勤區(qū)域監(jiān)測和當(dāng)?shù)貦C場監(jiān)督等方面的應(yīng)用中逐漸發(fā)展。

場面監(jiān)視雷達試點項目的完成，由于是理論研究與工程應(yīng)用相結(jié)合，對于進一步發(fā)展國內(nèi)先進的場面監(jiān)視雷達具有重要意義。重點抓好雷達監(jiān)測站和高效的關(guān)鍵技術(shù)，積極推動各機場使用場面監(jiān)視設(shè)備。部分機場成功安裝的國內(nèi)自主研發(fā)的場面監(jiān)視雷達實現(xiàn)了中國民航局發(fā)布的發(fā)展戰(zhàn)略重要性，打破了國外技術(shù)壟斷，提高了國內(nèi)技術(shù)水平，促進了空中管理設(shè)備的國產(chǎn)化。

1.2 場面監(jiān)視雷達產(chǎn)品狀態(tài)

就雷達監(jiān)測而言，它基本上是一個雷達發(fā)出的電磁波。通過雷達天線對電磁波的吸收和反射，在發(fā)射電磁波時引入各種有針對性的傳播信號，如異質(zhì)波、反射信號等。雷達信號處理器對雷達天線接收到的反射回波信號進行處理。機場管理部負責(zé)對機場運行進行控制，支持現(xiàn)場監(jiān)督，促進機場安全高效運行。

1.3 雷達數(shù)據(jù)處理的研究

雷達數(shù)據(jù)處理技術(shù)是雷達系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。根據(jù)雷達信號處理獲得的數(shù)據(jù)和預(yù)測函數(shù)平滑的移動路徑，目標(biāo)探測雷達追蹤移動目標(biāo)，形成一個穩(wěn)定的目標(biāo)路徑和狀態(tài)信息，如位置、速度等，雷達監(jiān)測提供目標(biāo)和預(yù)測飛機的運動狀態(tài)。通過對雷達數(shù)據(jù)的處理，可以大大降低非均勻波造成的誤差，增強雷達信號的處理功能。

近年來，隨著雷達技術(shù)的飛速發(fā)展，雷達數(shù)據(jù)處理的研究一直是非常重要的。有效的雷達數(shù)據(jù)處理算法提高了雷達信息的利用率，顯著提高了雷達信息的有效性，擴大了雷達信息的范圍。因此，數(shù)據(jù)處理已成為機場監(jiān)控跟蹤系統(tǒng)的重要組成部分。

2.場面監(jiān)視雷達的數(shù)據(jù)處理

場面監(jiān)視雷達系統(tǒng)的信號處理一般包括天線、射頻、控制、信號處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和維護監(jiān)控。如圖1所示。

圖1 場面監(jiān)視雷達信號處理

天線主要在空間中發(fā)射電磁波，接收目標(biāo)回波并將信息編碼到起始方向。射頻主要用于產(chǎn)生高頻電弧。限制幅度，過濾熱時間，降低頻率增益控制的噪聲，輸出高頻信號。主控系統(tǒng)完成同步生成、處理控制、狀態(tài)采集和參數(shù)配置。信號處理主要包括采樣頻率的數(shù)值變化、頻率分集、脈沖壓縮、掃描和虛擬報警。繪制路線圖確定是否找到目標(biāo)，模擬視頻中角度信號輸出的目標(biāo)數(shù)據(jù)主要取決于目標(biāo)的距離、方向和速度。引入干擾因素，降低目標(biāo)檢測能力，提高雷達信號處理的可靠性，提高雷達信號處理的性能。形成了長期穩(wěn)定的航跡輸出，控制和調(diào)整了系統(tǒng)各部分的參數(shù)。數(shù)據(jù)處理技術(shù)是地面監(jiān)測雷達的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和步驟。雷達系統(tǒng)的性能直接影響到雷達系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)。場面監(jiān)視雷達的數(shù)據(jù)處理技術(shù)包括理論、算法處理和技術(shù)實現(xiàn)3個方面，促進了雷達的發(fā)展。同時，場面監(jiān)視雷達的理論和實踐經(jīng)驗也可以促進其發(fā)展。

3.場面監(jiān)視雷達數(shù)據(jù)處理方法分析

3.1 場面監(jiān)視雷達數(shù)據(jù)處理流程

主要用于場面監(jiān)視雷達數(shù)據(jù)處理、預(yù)測濾波、平滑、外推道跟蹤入境點，包括制導(dǎo)角度、距離、速度、位置等參數(shù)，最后形成穩(wěn)定的軌道出口。

在目標(biāo)路徑中，既要獲得有效的目標(biāo)信息，又要獲得復(fù)雜的地面同步信息。有用的目標(biāo)信息可以來自一個或多個目標(biāo)；目標(biāo)類型可以是一架飛機或本地車輛。

如何消除靜止目標(biāo)的無線電波信息，提取有用信息，確定目標(biāo)特征，確定飛機或車輛、地面目標(biāo)的軌跡，保證實時監(jiān)測的發(fā)展，已成為雷達監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)。

3.2 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的目的是盡量減小非均勻波復(fù)雜條件的影響，獲得軌跡的正確對應(yīng)關(guān)系。數(shù)據(jù)的組合分為2個階段。首先，根據(jù)歷史航跡預(yù)測的監(jiān)控范圍、目標(biāo)運動特性和點航跡參數(shù)，建立相應(yīng)的航跡，關(guān)聯(lián)度為相關(guān)數(shù)據(jù)點。其次，不確定現(xiàn)有的入口是否是臨時的，或者需要新的軌跡。由于數(shù)據(jù)間的相關(guān)性，可以最大限度地濾除雜波，減少雜波干擾造成的假軌。

3.3 濾波預(yù)測

濾波預(yù)測是雷達圖像監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的重要步驟之一。通過提取目標(biāo)的距離、角度、速度位置和運動參數(shù)，對預(yù)測進行濾波，減少目標(biāo)區(qū)域的測量誤差，用于估計當(dāng)前飛機的軌跡的位置、速度和加速度。在此基礎(chǔ)上，對目標(biāo)的運動狀態(tài)進行2次預(yù)測，并對目標(biāo)的運動狀態(tài)進行適當(dāng)濾波。

3.4 軌跡管理

完成后，對雷達數(shù)據(jù)處理功能進行現(xiàn)場監(jiān)測。任何數(shù)據(jù)處理過程包括跟蹤管理、啟動和分配跟蹤、判斷。首先，聯(lián)系入口，確定軌跡是否成功，對軌跡進行相應(yīng)處理，并根據(jù)軌跡類型新建軌跡，與預(yù)測軌跡相結(jié)合，估算出相對的進、出軌跡。如果軌跡超過外推閾值，則意味著軌跡入口丟失或目標(biāo)停止更新運動狀態(tài)，軌跡終止。其次，將多次失敗的臨時軌跡和新建軌跡視為虛擬軌跡，通過刪除臨時軌跡和新建軌跡確定最終目的地。

4.結(jié)語

本文對場面雷達檢測系統(tǒng)處理方法的理論進行了分析，包括相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)測和濾波，原位監(jiān)測、雷達跟蹤和管理，應(yīng)用程序需求，監(jiān)測指數(shù)，并結(jié)合產(chǎn)品性能和功能特性，選擇合適的工程應(yīng)用方法對工程實現(xiàn)進行理論和方法的指導(dǎo)。