STAR2000空管雷達(dá)陣地優(yōu)化方法淺析

摘 要 STAR2000空管雷達(dá)是引進(jìn)法國“泰雷茲”公司的一次近程民用航空交通管制雷達(dá)，為近進(jìn)管制提供了較為有利的手段。雷達(dá)是按照無人值 守要求設(shè)計(jì)，采用雙通道冗余熱備份結(jié)構(gòu)，發(fā)射機(jī)采用全固態(tài)設(shè)計(jì)，采取網(wǎng)絡(luò)化和軟件化等先進(jìn)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)雷達(dá)性能的優(yōu)化。本文提出STAR2000空管雷達(dá)陣地化優(yōu)化方法及思路，從而進(jìn)一步發(fā)揮雷達(dá)最佳的應(yīng)用性能。

關(guān)鍵詞 雷達(dá);陣地化;優(yōu)化

1概述

隨著計(jì)算機(jī)處理能力的提高以及運(yùn)算速度的提升，為雷達(dá)的軟件化設(shè)計(jì)提供可能。早期雷達(dá)使用硬件完成信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理功能，為了達(dá)到較好的雷達(dá)檢測性能，需要進(jìn)行大量的硬件電路設(shè)置及調(diào)整。而STAR2000雷達(dá)的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理全部由軟件實(shí)現(xiàn)功能，所以只需要通過工具軟件對(duì)雷達(dá)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)結(jié)合少量的硬件測試調(diào)整，就能達(dá)到很好的目標(biāo)檢測優(yōu)化效果。

2STAR2000雷達(dá)利于優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

法國“泰勒斯”公司的STAR2000空管一次雷達(dá)采用網(wǎng)絡(luò)化的物理結(jié)構(gòu)，各分系統(tǒng)之間使用網(wǎng)絡(luò)通信及連接，并采用全軟件化設(shè)計(jì)，可以通過軟件進(jìn)行大量的參數(shù)調(diào)整來控制雷達(dá)的工作模式，使得該雷達(dá)具備極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和陣地現(xiàn)場優(yōu)化的能力。

2.1 基本優(yōu)化方法

STAR2000雷達(dá)陣地基本優(yōu)化方法是通過改變雷達(dá)的關(guān)鍵參數(shù)，結(jié)合測量結(jié)果，觀察目標(biāo)和雜波的原始視頻，進(jìn)行多方面綜合后，確認(rèn)優(yōu)化的方案，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示：

對(duì)該優(yōu)化流程的結(jié)構(gòu)而言，STAR2000雷達(dá)優(yōu)化包含三個(gè)方面：第一個(gè)是使用工具進(jìn)行優(yōu)化參數(shù)的設(shè)計(jì)和設(shè)置傳輸;第二個(gè)是優(yōu)化后雷達(dá)相關(guān)參數(shù)的測量和確認(rèn);第三個(gè)是雷達(dá)測量結(jié)果的顯示及優(yōu)化結(jié)果的確認(rèn)，包括目標(biāo)各類特性參數(shù)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和各類視頻的顯示確認(rèn)。

2.2 信號(hào)處理結(jié)構(gòu)及優(yōu)化原則

空管雷達(dá)信號(hào)處理硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括2塊PUMA板、1塊RIO板和1臺(tái)TMR PC計(jì)算機(jī)。

其中RIO 板為雷達(dá)輸入輸出板，輸入接收機(jī)的目標(biāo)通道和氣象通道的 I/Q 信號(hào)、接收機(jī)和微波組件的狀態(tài)信息;輸出觸發(fā)及控制信號(hào)、信號(hào)處理中間過程視頻（送往 IBIS作為優(yōu)化的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)化措施選擇的主要手段）。PUMA板為雷達(dá)處理數(shù)據(jù)管理和獲取電路板，其通過以太網(wǎng)與信號(hào)處理計(jì)算機(jī)（TMR PC）相連。TMR PC包含三個(gè)以太網(wǎng)接口，分別連接SWITCH VIDEO、SWITCH SUP和PUMA 板。TMR PC采用Linux操作系統(tǒng)，主要運(yùn)行雷達(dá)信號(hào)處理的各子程序。

TMR PC的信號(hào)處理流程或軟件組成如圖3所示，包括干擾檢測、脈沖壓縮、幅相補(bǔ)償測量、飽和及跨周期回波檢測、幅相補(bǔ)償、自適應(yīng)MTD、濾波器組選擇、求模、雜波圖、CFAR檢測、初始點(diǎn)跡形成、初始點(diǎn)跡門限處理、點(diǎn)跡錄取、點(diǎn)跡濾波等諸多模塊組成。

各處理模塊通過接口與SWITCH SUP鏈接，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)鏈接。 優(yōu)化操作軟件（CBP）為監(jiān)控終端計(jì)算機(jī)的可執(zhí)行程序，操作員通過CBP將各種優(yōu)化參數(shù)送往信號(hào)處理的各模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾檢測、脈沖壓縮、幅相補(bǔ)償測量、飽和及跨周期回波檢測、幅相補(bǔ)償、AMTD、濾波器組選擇、求模、雜波圖、CFAR檢測、初始點(diǎn)跡形成、初始點(diǎn)跡門限處理、點(diǎn)跡錄取、點(diǎn)跡濾波等所有信號(hào)處理環(huán)節(jié)的控制和優(yōu)化。

信號(hào)自天線接收經(jīng)過信號(hào)處理至形成點(diǎn)跡的整個(gè)數(shù)據(jù)流程，有下面幾個(gè)方面可進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整：

在信號(hào)為射頻信號(hào)時(shí)對(duì)雷達(dá)頭進(jìn)行優(yōu)化，以確保：

避免低噪聲放大器和接收機(jī)由于接收信號(hào)功率過大造成飽和。

減少地物雜波回波

優(yōu)化PE（回波存在）的處理及檢測

優(yōu)化與實(shí)際目標(biāo)相關(guān)的數(shù)據(jù)處理和點(diǎn)跡濾波參數(shù)

優(yōu)化往往是對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整的過程，以達(dá)到目標(biāo)檢測和虛警抑制的平衡點(diǎn)

2.3 數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)及優(yōu)化原則

數(shù)據(jù)處理主要功能是進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)跡/航跡相關(guān)、濾波和一二次雷達(dá)信號(hào)點(diǎn)跡合成等相關(guān)數(shù)據(jù)處理，其所有處理進(jìn)程都由DPC PC計(jì)算機(jī)完成。

通過SWITCH I/O局域網(wǎng)交換機(jī)與信號(hào)處理計(jì)算機(jī)（TMR PC）、授時(shí)設(shè)備（NTPS）、輸出接口設(shè)備（Plines）、SSR進(jìn)行各類數(shù)據(jù)交換;通過SWITCH SUP局域網(wǎng)交換機(jī)與TMR PC、IBIS和監(jiān)控終端進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)交換。

點(diǎn)跡相關(guān)和關(guān)聯(lián)程序包括三個(gè)階段，預(yù)相關(guān)階段、相關(guān)階段和關(guān)聯(lián)階段。預(yù)相關(guān)階段根據(jù)距離方位單元對(duì)可能相關(guān)的點(diǎn)跡/航跡進(jìn)行初始相關(guān);相關(guān)階段根據(jù)檢測目標(biāo)的特征參數(shù)并按照每個(gè)預(yù)相關(guān)點(diǎn)跡的時(shí)間關(guān)系進(jìn)行外推處理，同時(shí)計(jì)算該點(diǎn)跡-航跡對(duì)的檢測概率（綜合考慮預(yù)測點(diǎn)跡與實(shí)測點(diǎn)跡的距離差等）;關(guān)聯(lián)階段解決相關(guān)目標(biāo)的沖突，并根據(jù)檢測概率形成正確的點(diǎn)跡-航跡概率對(duì)。通過CBP軟件可對(duì)一下點(diǎn)跡-航跡相關(guān)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整：目標(biāo)特征參數(shù)（PSR航跡起批或航跡確認(rèn)的速度門限，及縱向和橫向加速度等）、航跡起批參數(shù)（速度、丟點(diǎn)率、丟點(diǎn)時(shí)間等）、特殊航跡處理區(qū)等。

航跡更新和濾波包括兩個(gè)過程，航跡更新通過卡爾曼濾波對(duì)后續(xù)航跡點(diǎn)進(jìn)行更新和平滑，即航跡的實(shí)測點(diǎn)跡和預(yù)測點(diǎn)跡間的位置和速度差進(jìn)行平滑得到與航跡相關(guān)點(diǎn)跡的數(shù)據(jù);航跡濾波則根據(jù)相應(yīng)的準(zhǔn)則對(duì)雜波航跡、慢速目標(biāo)航跡和仙波進(jìn)行濾波。

3整體優(yōu)化流程

STAR2000雷達(dá)通過調(diào)整雷達(dá)參數(shù)以適應(yīng)不同的陣地環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)性能最佳。 雷達(dá)性能優(yōu)化的依據(jù)是雷達(dá)的基本探測性能參數(shù)，包括雷達(dá)檢測概率、虛警率、測量精度、虛假航跡數(shù)、一二次雷達(dá)目標(biāo)合成率、一二次雷達(dá)目標(biāo)合成丟失率等。

雷達(dá)陣地優(yōu)化可分為三個(gè)層次，第一層為雷達(dá)初始參數(shù)設(shè)置，加載信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的初始參數(shù);第二層為雷達(dá)優(yōu)化參數(shù)的調(diào)整設(shè)置，根據(jù)顯示終端的原始視頻信號(hào)，適當(dāng)調(diào)整天線的傾角、雷達(dá)的工作參數(shù)（如STC設(shè)置、動(dòng)態(tài)范圍、濾波器參數(shù)、CFAR門限參數(shù)等）;第三層為雷達(dá)性能分析，SASSC軟件根據(jù)雷達(dá)的輸出數(shù)據(jù)分析雷達(dá)的主要性能指標(biāo)，如檢測概率、虛假點(diǎn)跡數(shù)、距離和方位精度、誤碼率等。然后根據(jù)SASSC的結(jié)果再調(diào)整雷達(dá)的可調(diào)參數(shù)，直到雷達(dá)性能達(dá)到指標(biāo)要求。

STAR2000雷達(dá)的陣地優(yōu)化調(diào)整是通過CBP軟件實(shí)現(xiàn)，可讀取當(dāng)前雷達(dá)的運(yùn)行參數(shù)，并通過更改運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行性能調(diào)整。通常在雷達(dá)優(yōu)化的過程中，主要進(jìn)行如下參數(shù)的調(diào)整：雷達(dá)時(shí)序、天線轉(zhuǎn)速、工作頻率、方位數(shù)據(jù)測量及校準(zhǔn)、STC設(shè)置、高低波束選擇、雜波區(qū)（固定雜波、地面車輛干擾等）設(shè)置、視頻輸出選擇以及通道的狀態(tài)選擇等。

SASSC雷達(dá)性能分析軟件有數(shù)據(jù)采集和性能分析等兩個(gè)階段組成。數(shù)據(jù)采集是根據(jù)“EUROCONCAL”標(biāo)準(zhǔn)（SUR.ET1.ST03. 1000-STD-01-01）采集雷達(dá)檢測目標(biāo)信息，并產(chǎn)生目標(biāo)檢測能力的各項(xiàng)評(píng)估報(bào)告，包括平滑/濾波后的一次雷達(dá)目標(biāo)報(bào)告、平滑/濾波后的二次雷達(dá)目標(biāo)報(bào)告、平滑/濾波后的一二次雷達(dá)合成目標(biāo)報(bào)告以及分析所需的其他相關(guān)數(shù)據(jù)。雷達(dá)性能分析階段主要分析一二次雷達(dá)的性能參數(shù)、一二次雷達(dá)數(shù)據(jù)合成參數(shù)、雷達(dá)陣地?cái)?shù)據(jù)處理延時(shí)以及雷達(dá)的可用性等，其中性能參數(shù)包括檢測概率、虛警概率、定位精度和分辨率，一二次合成參數(shù)包括目標(biāo)關(guān)聯(lián)概率和虛警關(guān)聯(lián)概率等。

4結(jié)束語

正如前文所說，優(yōu)化是在提高目標(biāo)檢測能力與抑制虛警兩個(gè)方面之間找到最佳的平衡點(diǎn)，也就是說檢測能力的提高必然會(huì)帶來虛警的增多，同樣虛警的減少也會(huì)帶來檢測能力的下降。所有優(yōu)化的手段及方法都同時(shí)對(duì)正常雷達(dá)信號(hào)和雜波起到相同的作用，通過修改各項(xiàng)參數(shù)，可以較好地改善雷達(dá)的檢測和虛警，但無法完全排除丟點(diǎn)或假情的現(xiàn)象。

對(duì)雷達(dá)優(yōu)化是雷達(dá)保障人員長時(shí)間經(jīng)驗(yàn)積累的過程，需長期實(shí)踐操作和分析。在調(diào)整參數(shù)的過程中總結(jié)規(guī)律，可以逐漸發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)參數(shù)在不同時(shí)間，不同環(huán)境下的最佳值，達(dá)到較為良好的優(yōu)化效果，使得雷達(dá)發(fā)揮出最佳的應(yīng)用效能。

參考文獻(xiàn)

[1] Thales Primary Surveillance Radar STAR 2000-Technical Manual Book.

作者簡介

王曉松（1970-），男，北京市順義區(qū)人;高級(jí)工程師，現(xiàn)就職單位：華北空管局，研究方向：從事航管雷達(dá)設(shè)備維護(hù)維修工作，側(cè)重二次雷達(dá)“S”模式研究。