一種二次雷達(dá)身份代碼聚合提取的方法

吳 兵，羊洪國，吳曉華

（四川九洲空管科技有限責(zé)任公司，四川 綿陽 621000）

隨著世界經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，各地的人口流動和物流運輸越來越頻繁，航空事業(yè)也得到了迅猛發(fā)展。軍/民航空中交通管制系統(tǒng)對目標(biāo)身份代碼探測準(zhǔn)確率的要求越來越高，其準(zhǔn)確度能極大發(fā)揮二次雷達(dá)的工作效能，為航管指揮和航空戰(zhàn)略決策提供重要依據(jù)。

1 二次雷達(dá)身份代碼簡介

二次雷達(dá)采用一問一答的工作方式，可通過較小的發(fā)射功率獲取目標(biāo)的距離、方位、身份代碼、高度等信息。

常規(guī)的二次雷達(dá)系統(tǒng)工作模式有M1、M2、M3/A、MC。其中M1、M2為軍用明碼識別模式，M3/A為軍民兩用識別模式，MC為高度詢問。其詢問信號編碼格式如圖1所示，圖中的P1、P3為詢問脈沖，通過天線和波束對空輻射。P2為旁瓣脈沖，通過天線的控制波束對空輻射。

圖1 詢問信號編碼格式

M1、M2、M3/A、MC的應(yīng)答碼由16個碼位組成，其應(yīng)答信號格式如圖2所示。每個碼位有兩種狀態(tài)，即有脈沖（“1”）和無脈沖（“0”）。F1和F2碼位是框架脈沖，恒為“1”狀態(tài)。X碼位為無人機(jī)指示碼位，SPI碼位是特殊位置識別碼位，C1、A1、C2、A2、C4、A4、B1、D1、B2、D2、B4、D4共12位是信息碼位，可組成4 096個獨立的應(yīng)答碼位[1]。

圖2 應(yīng)答信號編碼格式

當(dāng)接收機(jī)接收到應(yīng)答信號后，經(jīng)限幅、濾波、放大處理、下變頻后輸出視頻信號，采樣后的視頻信號發(fā)送至譯碼模塊，譯碼模塊對視頻信號進(jìn)行6 dB檢測、STC檢測、框架解碼、旁瓣抑制、去幻影應(yīng)答、虛假框架抑制、去異步干擾以及信息碼位檢測[1]，最終將應(yīng)答數(shù)據(jù)上報至二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理單元。

當(dāng)多個目標(biāo)近距離飛行時，會出現(xiàn)目標(biāo)應(yīng)答交織，產(chǎn)生碼位占據(jù)，正常的應(yīng)答碼位幅度會發(fā)生畸變，若只基于幅度特征解碼會導(dǎo)致虛假框架以及虛假碼位，此時需基于相位特征[2]和幅度特征共同完成應(yīng)答框架和信息碼位的脈沖檢測。但是實際工程中，因受噪聲和多徑干擾的影響，在交織下，單次解碼完成的身份代碼的可靠性不高。故在有效波束范圍內(nèi)多次詢問，以多次應(yīng)答來綜合提高身份代碼的可靠性。在點跡凝聚過程中，對位置相關(guān)成功且滿足時限和應(yīng)答次數(shù)要求的節(jié)點進(jìn)行身份代碼的處理。傳統(tǒng)方法是統(tǒng)計應(yīng)答代碼相同次數(shù)，以次數(shù)最多者作為最終目標(biāo)的身份代碼。在軍航試飛區(qū)或民航飛機(jī)密集區(qū)，上述方法仍會出現(xiàn)提取錯誤代碼和高度的現(xiàn)象。

2 一種二次雷達(dá)身份代碼聚合提取的方法

針對上述問題，本文提出，譯碼模塊在成功檢測到應(yīng)答框架時，需把檢測到的身份代碼、碼位的應(yīng)答幅度、應(yīng)答框架脈沖是否前后交織串?dāng)_、每個碼位是否占據(jù)串?dāng)_的情況均置上標(biāo)志位，然后上報至數(shù)據(jù)處理單元，由數(shù)據(jù)處理單元對多次應(yīng)答的真實情況進(jìn)行聚合處理。

數(shù)據(jù)處理單元接收到每一次的譯碼數(shù)據(jù)后，根據(jù)應(yīng)答碼和碼位幅度進(jìn)行碼位置信度標(biāo)記。每個碼位分為1碼和0碼，同時計算出1碼置信度高置信度（S1H）、1碼置信度低置信度（S1L）、0碼置信度高置信度（S0H）、0碼置信度低置信度（S0L）。以C1碼位為例，當(dāng)譯碼數(shù)據(jù)中給出的C1碼位值為1，C1碼位的幅度值為a1，參考脈沖（F1/F2）幅度為a0，1碼的高低置信度判斷準(zhǔn)則如表1所示。當(dāng)譯碼數(shù)據(jù)中給出的C1碼位值為0，C1碼位幅度值為a1，0碼的高低置信度判斷準(zhǔn)則如表1所示。

本次的譯碼數(shù)據(jù)與緩存的點跡節(jié)點位置相關(guān)成功則緩存本次譯碼數(shù)據(jù)所攜帶的信息，若不成功則新建點跡節(jié)點。當(dāng)點跡節(jié)點同時滿足時限和相關(guān)次數(shù)要求，則進(jìn)行點跡信息處理，其中包括身份代碼的獲取。若點跡節(jié)點滿足時限性但不滿足相關(guān)次數(shù)要求，則清除該點跡節(jié)點。

上報的身份代碼獲取是將位置相關(guān)成功的所有應(yīng)答數(shù)據(jù)，根據(jù)應(yīng)答模式（M1、M2、M3、MC）進(jìn)行歸類，獲取攜帶的代碼信息、1碼置信度、0碼置信度、譯碼框架同步串?dāng)_標(biāo)志、碼位同步串?dāng)_標(biāo)志和單個模式的應(yīng)答次數(shù)。再根據(jù)攜帶信息，對每次應(yīng)答的每個碼位進(jìn)行1碼和0碼打分，最后統(tǒng)計出該模式所有應(yīng)答的分?jǐn)?shù)值，計算公式如下：

式（1）中：f1為碼位的1碼分值；f0為碼位的0碼分值；n為單個模式次數(shù)；S1為每次應(yīng)答單個碼位的1碼分值；S0為每次應(yīng)答單個碼位的0碼分值。

若f0＜f1＜2×f0則對應(yīng)碼位值為1且為低置信度，若f1≥2×f0則對應(yīng)碼位值為1且為高置信度；若f1＜f0＜2×f1則對應(yīng)碼位值為0且為低置信度，若f0≥2×f1則對應(yīng)碼位值為0且為高置信度。依次對12個信息碼位進(jìn)行上述處理，從而得到最終點跡上報的身份代碼和代碼置信度。若是高度碼的處理需要先進(jìn)行“五周期循環(huán)碼”判斷后，再按照上述提到的方法繼續(xù)處理。

在打分處理前，統(tǒng)計出應(yīng)答數(shù)據(jù)內(nèi)每個碼位出現(xiàn)碼位串?dāng)_的概率，以便使用不同打分機(jī)制和分值。若碼位為0（或1）且碼位串?dāng)_概率為0%時，其打分流程如圖3所示；若碼位為0且碼位串?dāng)_概率大于0%時，其打分流程如圖4所示；若碼位為1且碼位串?dāng)_概率大于0%時，其打分流程如圖5所示。

圖3 0碼/1碼無串?dāng)_打分機(jī)制

圖4 0碼有串?dāng)_打分機(jī)制流程圖

圖5 1碼有串?dāng)_打分機(jī)制流程圖

3 工程實現(xiàn)

在工程實踐中，通過C語言實現(xiàn)上述方法，大幅提升了交織應(yīng)答的代碼準(zhǔn)確率，目前已在實際工程中應(yīng)用。工程中采集的某一圈目標(biāo)應(yīng)答數(shù)據(jù)（只提取了M3/A應(yīng)答數(shù)據(jù)）以及處理結(jié)果如圖6所示。在無串?dāng)_應(yīng)答的情況下，基于幅度和相位特征可以準(zhǔn)確獲取應(yīng)答信息，采用傳統(tǒng)方法獲取身份代碼。針對有串?dāng)_應(yīng)答的情況下，采用本文提出的方法，能夠兼顧處理實時性，提高代碼和置信度的準(zhǔn)確率。

圖6 實際空中應(yīng)答處理示例圖

4 結(jié)束語

本文通過對應(yīng)答數(shù)據(jù)信息進(jìn)行多次聚合處理，根據(jù)應(yīng)答的身份代碼、碼位幅度、框架串?dāng)_標(biāo)志、碼位串?dāng)_標(biāo)志、1碼位置信度、0碼位置信度，分別對每個碼位進(jìn)行打分統(tǒng)計，反映了目標(biāo)在波束內(nèi)的真實應(yīng)答過程，在應(yīng)答信號局部交織的情況下，可有效提升代碼和置信度的準(zhǔn)確率；對應(yīng)答信號全交織的情況下，可準(zhǔn)確得到代碼碼位置信度。為后續(xù)航跡處理過程中對點航跡相關(guān)和代碼糾錯有著至關(guān)重要的作用。

通過數(shù)據(jù)分析與比較，本文中的應(yīng)答代碼聚合提取的方法能在一定程度上提升準(zhǔn)確率，改善二次雷達(dá)設(shè)備性能。此方法是以應(yīng)答碼的幅度采樣為基準(zhǔn)，故還需設(shè)備前端降低接收機(jī)噪聲，提高準(zhǔn)確性。