暢 言 蔡興雨 羅利強 楊 璇
(西安電子工程研究所 西安 710100)
當前雷達抑制雜波的思路是在雷達信號處理分系統(tǒng)上,常見采用的方法是動目標顯示技術(shù)(MTI)、動目標檢測技術(shù)(MTD)、數(shù)字脈沖壓縮技術(shù)以及恒虛警檢測(CFAR)等。但是在特殊的情況下,如工作環(huán)境特別惡劣時,用這些方法遠遠達不到理想的效果。嚴重時數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)工作不正常,計算機飽和。參考文獻[3]提出了利用回波寬度判斷、幅度判斷、多普勒速度判斷、滑窗法判斷等處理所出現(xiàn)雜波的方法,這種方法不適應(yīng)雜波特別強的時候。參考文獻[4]提出了建立雜波圖網(wǎng)格,計算各單元點跡密度,進行雜波區(qū)域判斷,但是此方法僅在數(shù)據(jù)處理上考慮,為距離、方位二維劃分,不夠精確,另外對移動的雜波沒有識別能力。
本方法針對雷達裝備雜波識別的需求,為一部方位機械掃、俯仰相控、全固態(tài)脈沖多普勒雷達設(shè)計了基于一次點時空相關(guān)性的雜波點濾除方法,在不影響真實目標情況下,對動雜波和靜雜波進行了濾除,減輕了數(shù)據(jù)處理的負擔,抑制了虛假航跡,終端顯示也更加精確。新方法主要包括航跡相關(guān)處理、靜雜波識別和動雜波識別三部分。
將信號處理傳過來一次點跡極坐標(R,A,E)轉(zhuǎn)化為空間直角坐標(x,y,z),然后將數(shù)據(jù)處理傳過來的航跡極坐標(hj_R,hj_A,hj_E)也轉(zhuǎn)換為空間直角坐標系(hx,hy,hz),將航跡依據(jù)時間間隔ΔT=t一次點-t航跡,航跡速度vx、vy、vz進行外推,得
wt_x=hx+vx·ΔT
(1)
wt_y=hy+vy·ΔT
(2)
wt_z=hz+vz·ΔT
(3)
然后將航跡外推后的直角坐標(wt_x,wt_y,wt_z),轉(zhuǎn)化到極坐標系(wt_r,wt_a,wt_e)進行波門相關(guān),bomen_r、bomen_a、bomen_e為波門距離、方位和俯仰方向的大小,如果
bomen_r<(R-wt_r)
(4)
bomen_a<(A-wt_a)
(5)
bomen_e<(E-wt_e)
(6)
則落在波門之內(nèi),不進行后面的靜雜波和動雜波的判斷,一次點跡被識別為目標點;如果在波門之外則進行下一步靜雜波和動雜波識別。
將雷達觀測空間根據(jù)單位距離R0、方位A0、俯仰E0劃分為單位大小的網(wǎng)格區(qū)間,如圖1和圖2所示。
圖1 空間網(wǎng)格劃分
圖2 空間單位網(wǎng)格
距站心由近及遠進行排序,賦予每個網(wǎng)格序號(i,j,k),其中i為距離上的序號,j為方位上的序號,k為俯仰上的序號,按照相應(yīng)的序號,我們可以定位到空間的相應(yīng)區(qū)域,根據(jù)公式
(i-1)·R0≤R
(7)
(j-1)·A0≤A (8) (k-1)·E0≤E (9) 得到一次點跡數(shù)據(jù)(R,A,E)的所在空間的序號(i,j,k),而每個空間相鄰序號的區(qū)域包括本區(qū)域總共有27個,相應(yīng)序號分別為距離序號(i-1,i,i+1),方位序號(j-1,j,j+1),俯仰序號(k-1,k,k+1)的組合,如果一次點跡落入空間序號(i,j,k)的區(qū)域,則將此區(qū)域積累點數(shù) Num(i,j,k)=Num(i,j,k)+1 (10) 如果Num(i,j,k)>Num0,其中Num0為動雜波區(qū)閥值。而且時間差(t(R,A,E)-t(i,j,k))<Δtmax,Δtmax為空間區(qū)域累積點跡最大時間差,t(R,A,E)為新來的一次點時間,t(i,j,k)為空間區(qū)域(i,j,k)為上一次更新的一次點跡時間,則該區(qū)域置為動雜波區(qū),然后區(qū)域時間更新為t(R,A,E),落入的一次點跡識別為動雜波,否則Num(i,j,k)=1,動雜波區(qū)標志也置為0,也就是區(qū)域不再成為動雜波區(qū),更新區(qū)域的時間為t(R,A,E),落入的一次點跡狀態(tài)不變,為可建航點跡。 空間上相鄰區(qū)域進行同樣的積累點數(shù)、更新時間、動雜波識別,雜波區(qū)重置等,這樣可以識別在空間相鄰區(qū)域慢速移動的雜波。 在空間區(qū)域劃分上與動雜波是完全相同的,但靜雜波識別僅識別本區(qū)域的一次點跡數(shù)目,并不影響其它相鄰區(qū)域,在固定的時間間隔T內(nèi)超過靜雜波區(qū)點跡數(shù)目閥值Num的區(qū)域,定義為靜雜波區(qū),將所在區(qū)域的序號存在靜雜波表中。每次開機后進行讀取,如果在航跡相關(guān)處理中,一次點跡未被判斷為目標點的情況下,落入靜雜波區(qū)直接判定為靜雜波,不再進行動雜波識別。 步驟1:初始化階段。初始化相關(guān)結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù),將空間以單位距離、方位、俯仰劃分為若干個區(qū)域,并建立網(wǎng)絡(luò)收發(fā)任務(wù),接受終端參數(shù)控制。 步驟2:接收一次點跡,生成靜雜波表。 步驟3:接收一次點跡和航跡,航跡進行外推,選擇波門進行關(guān)聯(lián),關(guān)聯(lián)上的點跡為目標點,不進行后續(xù)區(qū)域積累,關(guān)聯(lián)不上的繼續(xù)進行下一步。 步驟4:讀取靜雜波表,靜雜波識別。 步驟5:查找區(qū)域,動雜波識別。 步驟6:更新點跡所在空間上的雜波區(qū),空間上距離、方位、俯仰相鄰的區(qū)域均進行更新。 步驟7:發(fā)送所有一次點跡。 下面以某雷達為例,說明本方法的具體實施。 本方法應(yīng)用在預(yù)處理板上,預(yù)處理硬件平臺選用X86架構(gòu)的CPCI單板機,CPU2.16G,內(nèi)存1G,存儲器集成在單板機上。軟件平臺的操作系統(tǒng)是Vxworks5.5,開發(fā)環(huán)境是Tornado2.2,軟件語言是標準C語言。 預(yù)處理板接收雷達信號處理發(fā)送一次點跡、雷達終端發(fā)送的控制信息、數(shù)據(jù)處理發(fā)送的航跡。輸出經(jīng)過雜波識別后的一次點跡,如圖3所示。 圖3 處理框圖 首先接收終端發(fā)來的控制信息,包括單位區(qū)域如何劃分,相鄰兩次更新相關(guān)的最大時間差,距離、方位、俯仰上的是否更新相鄰區(qū)域的雜波區(qū)的信息,是否開啟按區(qū)域進行濾波,是否進行雜波區(qū)清空。 在雷達的探測范圍內(nèi),對空間區(qū)域進行劃分,劃分為若干個單位大小的小區(qū)域,每個小區(qū)域包括自己和空間上相鄰的數(shù)目一共是27個區(qū)域,每個區(qū)域上進行雜波的積累數(shù)目變化,每次雷達開機時進行初始化,每個小區(qū)域初始的積累值均為0,同時系統(tǒng)啟動輔助時鐘。 其次生成靜雜波表,靜雜波表是每到一個新區(qū)域,對這個區(qū)域的狀況進行一個較長時間的積累,單位時間累積的點數(shù)目超過閥值的區(qū)域可以定位為雜波區(qū),雜波區(qū)的區(qū)域劃分和動雜波區(qū)域劃分是一致的,將超過閥值雜波區(qū)號保存在一張表上,每次雷達開機時可以進行讀取。每次雷達轉(zhuǎn)移陣地后,需要重新學(xué)習(xí)一次并保存。 接著接收一次點跡和航跡,首先查找一次點跡所在的方位區(qū)和相鄰方位區(qū)的航跡,將航跡按照預(yù)測速度進行外推,時間差值為點跡和航跡的GPS絕對時間之差,根據(jù)模式的不同,選擇不同的波門,如果一次點在航跡外推值的波門之內(nèi),則點跡被識別為目標點,否則進行下一步。 沒有關(guān)聯(lián)上的一次點跡首先進行靜雜波點識別,根據(jù)讀取靜雜波表上的區(qū)域,一次點若落入表里標注的區(qū)域,則識別為靜雜波點,靜雜波點和動態(tài)雜波標志不一樣。雜波代表客觀不移動的一些雜波。 如果一次點沒被關(guān)聯(lián)上且不是靜雜波,則進行區(qū)域查找。根據(jù)點的距離、方位、俯仰,查到所在的區(qū)域序號。如果區(qū)域是雜波區(qū)則直接判定為動雜波,否則繼續(xù)為可建航點跡。 對查找到的區(qū)域各個方向上相鄰的區(qū)域和自己本身進行遍歷(在所有區(qū)域外的相鄰區(qū)域不進行處理),相鄰也可以控制,具體可以指定為距離相鄰、方位或俯仰相鄰,或其中的組合。如果輔助時鐘當前時間和區(qū)域上一次更新時間差值大于指定的時間,則對區(qū)域歷史積累值進行清空,重新進行積累,時間也進行更新,否則在之前基礎(chǔ)上累加,累積的數(shù)目最大不能超過指定的閥值,當區(qū)域累積值超過閥值后,從下一圈開始所有落入且沒有被關(guān)聯(lián)上和非靜雜波的一次點被識別為動雜波。如果區(qū)域沒有超過閥值則落入的一次點跡識別為可建航點。 最后對所有一次點跡進行發(fā)送,其中狀態(tài)包括靜雜波點,動雜波點,目標點和可建航點跡。 外場試驗時,未加預(yù)處理板前,雷達一圈信號處理傳過來一次點跡如圖4所示,雷達工作不正常,虛假航跡特別多如圖7所示。 增加預(yù)處理板后,雷達濾除掉的雜波(包括動雜波和靜雜波)如圖5所示,占總點數(shù)比65%~70%,剩下的可建航點跡如圖6所示,雷達后續(xù)工作正常如圖8所示。 圖4 信號處理點跡 圖5 濾除的雜波點跡 圖6 濾除雜波后點跡 圖7 濾除雜波前航跡 圖8 濾除雜波后航跡 綜上所述,本方法采用了基于一次點時空相關(guān)性的雜波點濾除方式,應(yīng)用在預(yù)處理板上,通過動、靜雜波識別,減輕了數(shù)據(jù)處理負擔,提高了航跡的精度,提高了終端顯示的準確度,與此同時最大程度保留了目標信息,具有較高的工程應(yīng)用價值。1.3 靜雜波識別
2 方法步驟
3 處理結(jié)果
4 結(jié)束語