STAR2000型空管一次雷達(dá)雜波抑制淺析

王曉松

華北空管局 北京 100621

1 概述

雷達(dá)信號處理中雜波抑制是一個(gè)非常重要的處理過程，其核心是雜波抑制方法的設(shè)計(jì)，同時(shí)設(shè)計(jì)方法的工程實(shí)現(xiàn)也至關(guān)重要。雷達(dá)雜波有許多種分類：根據(jù)產(chǎn)生雜波的物體不同可分為地雜波、海雜波和氣象雜波等；根據(jù)雷達(dá)雜波產(chǎn)生的原因不同可分為主瓣雜波和旁瓣雜波等；根據(jù)有無信號源可分為有源雜波和無源雜波；根據(jù)反射回波的方式不同可分為面雜波和體雜波等；根據(jù)雜波相對于雷達(dá)有無速度可分為地雜波（無相對運(yùn)動）和動雜波（有相對運(yùn)動）。雜波抑制器是用于避免一次雷達(dá)形成初始虛假航跡的重要工具，其工作主要基于原始點(diǎn)跡（未確認(rèn)為航跡）形成的距離方位波門圖來實(shí)現(xiàn)。雜波抑制是一次雷達(dá)策略管理的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是抑制虛警率的重要手段。雜波抑制器的主要功能包括[1]：①降低虛警率、②減小航跡初始延遲、③提高檢測概率和④提高檢測精度。

2 雜波抑制

2.1 雜波抑制圖的生成

信號處理將雷達(dá)探測區(qū)域按照距離方位劃分為多個(gè)網(wǎng)格單元，0號濾波器輸出形成探測范圍內(nèi)的雜波圖。如下圖1所示：

圖1 雜波圖（濾波器0輸出）

每個(gè)單元（鎖定或未鎖定）的狀態(tài)取決于所接收到的“未確認(rèn)一次點(diǎn)跡”（即未與任何確認(rèn)航跡相關(guān)的點(diǎn)跡）的數(shù)量。其中鎖定單元被用于如下處理過程：①鎖定單元比未鎖定單元附近區(qū)域的航跡初始化準(zhǔn)則更為嚴(yán)格。②根據(jù)與鎖定單元之間的距離，為一次點(diǎn)跡設(shè)置點(diǎn)跡幅度值（弱雜波、強(qiáng)雜波）。③該點(diǎn)跡幅度值依據(jù)判斷準(zhǔn)則判別是否使用該點(diǎn)跡，該雜波點(diǎn)跡不用于初始化新航跡,僅用于生成一次航跡更新的限制條件。

2.2 雜波抑制圖的更新

2.2.1 基本原理。雜波抑制單元是通過設(shè)置起始和終止距離參數(shù)來確定，同時(shí)每個(gè)單元都具有點(diǎn)跡判別技術(shù)功能。對于STAR2000雷達(dá)而言，雜波抑制單元的大小為：方位：0.29°（0.005弧度），距離：40m。當(dāng)點(diǎn)跡特征符合下列情況時(shí)，確認(rèn)為在雜波抑制單元中出現(xiàn)一次點(diǎn)跡： ①該點(diǎn)跡為位于雜波抑制單元內(nèi)的獨(dú)立一次點(diǎn)跡；②該點(diǎn)跡用于產(chǎn)生一個(gè)新的一次航跡；③該點(diǎn)跡不用于確認(rèn)航跡的更新；④該點(diǎn)跡不是SITE MONITOR回波或測試點(diǎn)跡；⑤該點(diǎn)跡不位于機(jī)場區(qū)域。當(dāng)點(diǎn)跡抑制器接收到一個(gè)點(diǎn)跡時(shí)，會對該點(diǎn)跡所在距離、方位單元以及相鄰8個(gè)單元的計(jì)數(shù)器進(jìn)行更新。

2.2.2 基本準(zhǔn)則。當(dāng)距離方位單元的計(jì)數(shù)器值為0（準(zhǔn)備進(jìn)行第一次更新）時(shí)，更新后的計(jì)數(shù)器值為：

A.計(jì)數(shù)器值=1分鐘的掃描數(shù)

B.更新時(shí)間=當(dāng)前時(shí)間

當(dāng)距離方位單元的計(jì)數(shù)器值 ＞ 0時(shí)（不是第一次更新），更新后的計(jì)數(shù)器值為：

A.計(jì)數(shù)器值=計(jì)數(shù)器初值+30分鐘的掃描數(shù)

這意味著當(dāng)雜波圖單元中第一次檢測到一個(gè)點(diǎn)跡，如果后續(xù)沒有新的點(diǎn)跡被檢測到，那么計(jì)數(shù)器就會在1分鐘后對單元進(jìn)行復(fù)位。這就使得起飛或進(jìn)入雷達(dá)探測范圍的飛機(jī)能夠無延遲的進(jìn)行航跡的初始化。為了確保機(jī)場場面飛機(jī)的能夠進(jìn)行航跡的初始化，建議在定義的機(jī)場區(qū)域不要使用雜波抑制處理[2]。

2.3 雜波抑制圖的鎖定準(zhǔn)則

當(dāng)滿足同時(shí)如下兩個(gè)條件時(shí)，雜波抑制圖單元會被鎖定，不會進(jìn)行更新：條件1：雜波抑制圖單元計(jì)數(shù)器不為“空”；條件2：雜波抑制圖單元創(chuàng)建時(shí)間+等待時(shí)間＜當(dāng)前時(shí)間。

條件1是雜波抑制單元接收到1個(gè)或多個(gè)點(diǎn)跡，即在過去的一分鐘內(nèi)接收到1個(gè)點(diǎn)跡，或過去的30分鐘內(nèi)接收到超過兩個(gè)點(diǎn)跡。條件2是為了避免當(dāng)飛機(jī)正在穿過雜波抑制單元時(shí)，鎖定該單元。

2.4 雜波點(diǎn)跡識別

所有的一次點(diǎn)跡在形成航跡前都會先進(jìn)行雜波識別處理。當(dāng)滿足如下條件時(shí)，該點(diǎn)跡就可能會標(biāo)識為雜波[3]：①該點(diǎn)跡為一次雷達(dá)點(diǎn)跡；②該點(diǎn)跡處于雜波圖網(wǎng)格的某個(gè)單元中；③該點(diǎn)跡不是信標(biāo)信號點(diǎn)跡或測試點(diǎn)跡；④該點(diǎn)跡不在NAI區(qū)域或BLANKING區(qū)域內(nèi)。⑤該點(diǎn)跡不在機(jī)場區(qū)域內(nèi)。

對于每個(gè)點(diǎn)跡，計(jì)算所有最近的鎖定單元與點(diǎn)跡的歸一化距離，并保存最小距離。當(dāng)最小距離足夠大時(shí)，該點(diǎn)跡標(biāo)識為無雜波點(diǎn)跡，否則被標(biāo)識為弱雜波或強(qiáng)雜波點(diǎn)跡。

表1 歸一化距離與雜波等級對照表

在雜波抑制器網(wǎng)格外的所有單一次雷達(dá)點(diǎn)跡都被標(biāo)記為無雜波，二次雷達(dá)點(diǎn)跡總是標(biāo)記為無雜波。如圖2所示：

圖2 雜波等級示意圖

2.5 雜波點(diǎn)跡使用限制

雜波等級識別的功能可以在一次雷達(dá)航跡初始化的過程中限制周圍一次雷達(dá)點(diǎn)跡的相關(guān)處理，也就是說可以限制與已有航跡進(jìn)行相關(guān)的點(diǎn)跡數(shù)量。

通過以下的準(zhǔn)則可以對具備點(diǎn)-航跡相關(guān)條件的一次點(diǎn)跡進(jìn)行自動屏蔽：A.對用于航跡初始化的點(diǎn)跡進(jìn)行標(biāo)識，雜波點(diǎn)跡標(biāo)識為NAI點(diǎn)跡。B.對用于航跡更新的點(diǎn)跡進(jìn)行屏蔽。在航跡更新過程中，點(diǎn)跡的選擇是按照如下優(yōu)先級進(jìn)行，首先為無雜波點(diǎn)跡，其次為弱雜波點(diǎn)跡，最后為強(qiáng)雜波點(diǎn)跡。C.在航跡更新中大多數(shù)情況下會將強(qiáng)雜波點(diǎn)跡完全屏蔽，僅在雜波鎖定模式時(shí)，才會使用強(qiáng)雜波點(diǎn)跡。

2.6 事例說明

使用和禁止雜波抑制功能的對比示意圖如下圖所示：

示例1：

圖3 不使用雜波抑制功能

圖4 使用雜波抑制功能

示例2

圖5 不使用雜波抑制功能

圖6 使用雜波抑制功能

示例3

圖7 不使用雜波抑制功能

圖8 使用雜波抑制功能

從圖中可看出當(dāng)處理過程使用雜波抑制功能，航跡形成或更新區(qū)域內(nèi)的雜波點(diǎn)跡明顯減少，同時(shí)雜波點(diǎn)跡形成虛假航跡的情況也有較大改善。

2.6.1 雜波抑制參數(shù)設(shè)置：

在CBP設(shè)置軟件中，可對雜波抑制器功能進(jìn)行設(shè)置，如圖9所示：

圖9 CBP軟件設(shè)置圖

3 結(jié)束語

通過分析可以看出：在一次雷達(dá)檢測過程中，對雜波的檢測和抑制能力非常重要。在近距強(qiáng)雜波區(qū)，雜波點(diǎn)跡會嚴(yán)重影響正常目標(biāo)的檢測，所以使用雜波抑制器能夠很大程度降低雷達(dá)的虛警率，提高檢測率，從而提升雷達(dá)的可用度。