馮俊濤 ，吳 昊

(1.中國電子科技集團公司第三十八研究所，合肥 230088；2.海軍駐合肥地區(qū)軍事代表室，合肥 230088)

對海虛警抑制的數(shù)據(jù)處理工程方法

馮俊濤1，吳 昊2

(1.中國電子科技集團公司第三十八研究所，合肥 230088；2.海軍駐合肥地區(qū)軍事代表室，合肥 230088)

針對預警雷達對海處理時剩余海雜波多、虛警多、目標分裂大的特點，提出利用在數(shù)據(jù)處理的點跡凝聚、相關處理、跟蹤濾波等階段，采用等效幅度加權點跡凝聚法、徑向頻率模糊反解法，實現(xiàn)對海虛警的抑制。

預警雷達；虛警抑制；數(shù)據(jù)處理；對海處理

0 引 言

雷達對海工作過程中面臨著復雜的工作環(huán)境，會出現(xiàn)大量的虛假點航跡。尤其是雜波的干擾，不僅不同海情下的分布具有極大的差異，而且還包含地雜波、氣象雜波等。這些都給海面目標的檢測和跟蹤帶來困難。

在信號處理層面，一般采用動目標顯示技術(MTI)、動目標檢測技術(MTD)、脈壓、恒虛警檢測(CFAR)等來抑制雜波，具有一定的抑制效果，但并不能充分抑制雜波剩余，尤其在復雜、惡劣的環(huán)境下，會給后端帶來大量的雜波和虛警。對于一些MTD體制的雷達來說，由于其低重頻、寬波束特性，將更進一步導致目標的分裂，這些都對后端的數(shù)據(jù)處理帶來了很大的困擾。檢測前跟蹤(TBD)利用微弱目標的相干積累和長時間非相干積累，根據(jù)目標的短時運動特性，累積目標可能運動軌跡上的能量，來實現(xiàn)檢測微弱目標的方法。但是，算法的復雜度比較高，魯棒性比較差是TBD在工程實現(xiàn)上需要解決的一個問題。工程上也有一些利用數(shù)據(jù)處理抑制雜波虛警的研究，如利用回波的幅度、寬度、多普勒速度、雜波圖、改變起始準則等方式去抑制信號處理泄露到后端的雜波，取得了一定的效果。

本文針對雷達對海工作過程中的特殊工作情況，提出等效幅度加權點跡凝聚、徑向頻率模糊反解、二次濾波等數(shù)據(jù)處理的方法，分別從數(shù)據(jù)處理的點跡凝聚、相關處理、跟蹤濾波等階段實現(xiàn)對虛警的抑制。實際工作證明，這些方法簡單可行，能有效地實現(xiàn)一定程度上的虛警抑制。

1 抑制虛警的數(shù)據(jù)處理方法

1.1 等效幅度加權點跡凝聚法

原始目標的點跡數(shù)據(jù)受雷達工作頻段、脈沖重復頻率、轉速、波瓣寬度等工作參數(shù)的影響，即使相同目標，其目標回波起伏、目標機動、姿態(tài)及航向的改變在不同雷達上表現(xiàn)也是有很大不同。通常，原始目標的點跡數(shù)據(jù)主要來源有3類：(1)雜波剩余、噪聲虛警形成的虛假點跡；(2)真實目標回波及距離旁瓣占據(jù)多個距離量化單元，并通過檢測門限形成多個點跡；(3)檢測準則與水平波瓣的不匹配引起的目標分裂、目標方位旁瓣超過檢測門限等也可形成多個點跡。尤其對于一些機載預警雷達來說，對海面目標的探測更多采用的是MTD，重頻低、波束寬、徑向速度等特征參數(shù)變化比較大、方位測角精度不高，目標分裂嚴重。

傳統(tǒng)的點跡凝聚一般有3種：幅度峰值法、中心法和幅度加權質心法。從理論上說，幅度加權質心法是相對較優(yōu)的算法，它既考慮了幅度大的點跡可靠性更高，又考慮了多點信息的充分利用。以方位凝聚為例，其一般公式為

(1)

式中，n為點跡個數(shù)，adi、Ai分別為第i個點跡的回波幅度和方位值。但是，幅度加權質心法對于幅度信息的體現(xiàn)上較峰值法又有所降低，比如有3個點，其幅度采樣并取對數(shù)的20倍后的值分別是60、60、80dB。那么，這3個點利用幅度加權質心法所占有的比重將是6/20、6/20、8/20。從目標采樣角度來說，很明顯兩個60dB的點跡所占比重過大。

實際上，在目標分裂比較嚴重的情況下，幅度峰值法往往更接近于真實目標。但是，幅度峰值法沒有充分利用多點信息，其原因主要在于幅度往往采用的是分貝值。它實際上是一種數(shù)學上的壓縮后的表達方式。因此，在本文中采用一種等效幅度加權質心法的點跡凝聚方法，同時考慮到CPI脈沖數(shù)的不同也會造成幅度的不一致性，因此還需要結合脈沖數(shù)。不失一般性，下面的推導以方位凝聚來說明。

一般來說，方位凝聚有

(2)

(3)

其中ADi是目標采樣的真實幅度。而一般來說，在點跡凝聚時所采用的幅度值是采樣后真實幅度的分貝值或分貝值的一定倍數(shù)，通常有

adi=20*logADi

這里adi是采樣幅度的分貝值。于是有

1/Stdi∝ADi=10adi/20

考慮到工程實現(xiàn)上點跡凝聚一般分為3個層次，即同波束內距離凝聚、同波束內方位凝聚和波束間點跡的距離方位凝聚。那么，在凝聚的時候就必須考慮兩個方面的影響因素：一是待凝聚的點跡可能本身就已經是前面由多個點跡凝聚過后的點跡，一是由于對海視頻積累時由于目標跨越不同fr(重復頻率)導致幅度積累的差異。

(1) 考慮每個點跡都是由ki個點跡凝聚而來(如沒有凝聚，則ki=1),其多點跡所帶來的得益一般為sqrt(ki)，于是有

(4)

因此，最后的等效幅度為

(5)

其中，1/Stdi=10adi/20，adi是信號處理給出的幅度分貝值，使用本公式的等效幅度E_ADi去代替公式普通質心法中的adi即可得到點跡凝聚值。

(2) 對于第2個問題，如果此刻目標正好跨越不同fr，由于脈沖數(shù)的不同，導致疊加積累，那么就極有可能出現(xiàn)在高fr波束上得到的等效E_AD要異常超出其他低fr的波束?？紤]不同的fr對幅度值進行歸一化，可以將幾個波束上的目標全部歸一到最小fr波束上，也可以統(tǒng)一全部歸一到一個指定假設fr的波束上，然后得到最終的等效E_AD。

1.2 徑向頻率模糊反解法

機載預警雷達的對海探測一般從信號處理較難獲得徑向頻率，即使取得徑向頻率的值，往往也出現(xiàn)失真。這是因為在求解目標徑向頻率數(shù)據(jù)時，由于在多個頻道上都會有目標，因此在求解徑向頻率的時候，只能通過求解比較多組方程組得到最終的徑向頻率。如果能在每個重頻的CPI中都能檢測到，那么求解就會精確，否則就可能會出現(xiàn)頻率跳變的現(xiàn)象。如果是多重頻(四重頻以上)雷達，即使有一些頻道上沒有檢測到，也可以通過3/4或3/5等準則來獲得相對準確的徑向頻率數(shù)據(jù)。而對于MTD雷達，這是較為困難的，這使在目標相關的時候失去了一項重要的特征。

從探測的實際數(shù)據(jù)來看，徑向頻率出現(xiàn)跳變的現(xiàn)象可達到32%～60%。比如，對于一組三重頻的雷達來說，同一批目標同一波束探測到的徑向頻率實際會出現(xiàn)多個值，如652 Hz和-743 Hz(下面涉及徑向頻率均為此單位)。

但是，通過分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)有很大一部分跳變的徑向頻率如果將它們對重頻求模后往往是有兩個值是接近的。比如上述所說的同批同波束探測到的目標頻率值652和-743，如果按照重頻求模后，其值分別是186、94、286和189、94、355?？梢园l(fā)現(xiàn)，前兩個求模后的值是非常接近的。本來是兩個絕無可能相關在一起的數(shù)據(jù)，但通過求模反解后數(shù)據(jù)具有極大的關聯(lián)性。

針對這種情況，確定徑向頻率模糊反解法來計算是否具有相關性。通過處理的結果看，其徑向頻率錯誤糾正率能夠得到60%～95%的提高。

根據(jù)相應的實測數(shù)據(jù)，確定求模反解徑向頻率的關聯(lián)準則：

(1) 按照2/3準則判斷徑向頻率是否相關；

(2) 不相關，對徑向頻率求模反解，按照2/3準則判斷徑向頻率是否相關；

(3) 仍舊不相關，利用頻道個數(shù)和第3條判別中相關個數(shù)給出這些相關頻率的可信度；

(4) 根據(jù)可信度，結合多幀內其他波束探測的距離、方位，判斷是否相關；

(5) 沒有相關上就丟棄。相關上的頻率不再對頻率凝聚，而是根據(jù)各種條件選擇其中各項條件最好的值。

2 實際效果

下面以某次實際飛行探測的目標為例。某型艦艇背站行駛，雷達背負在運動平臺上，對艦艇探測跟蹤從84 km到128 km。由于艦艇運動速度慢而雷達平臺運動速度快，目標分裂較大，對探測跟蹤帶來了較大的難度。圖1～3分別為在采用等效幅度加權凝聚和常規(guī)點跡的凝聚跟蹤比較，以及徑向頻率和模糊后的分布情況。

圖1和圖2是針對目標跟蹤分別在直角坐標系和極坐標系下的表述，其對應關系是x、y求模后為距離、求atan后為角度。從圖中可以看出，由于目標分裂，導致如果采用常規(guī)凝聚方法將導致波束中的探測信息較為分散，而采用等效幅度加權凝聚法，不僅兼顧了其他波束信息，同時凝聚后更集中于峰值較大的波束。

圖3是原始的徑向頻率和模糊后的徑向頻率分布，原始準確率約在76.77%。采用低重頻雷達徑向頻率模糊反演法，系統(tǒng)的徑向頻率正確率提高到92.93%，錯誤的徑向頻率中有69.56%可以修正過來。

圖1 直角坐標系下目標凝聚跟蹤

圖2 極坐標系下目標凝聚跟蹤

圖3 徑向頻率分布即模糊后的分布

3 結束語

在實際工程中，雷達的剩余雜波和虛警是不可避免的問題，無論前端采取什么方法，尤其當雷達的工作環(huán)境惡劣時更為明顯。因此，通過在數(shù)據(jù)處理階段進行虛警抑制有著重要的意義。工作實踐表明，在某型預警雷達試驗中，本文的方法能夠較好地抑制虛警，對航跡起始和跟蹤具有相應的實際意思。

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Engineering methods of data processing of false alarm suppression for sea targets

FENG Jun-tao1, WU Hao2

(1.No. 38 Research Institute of CETC, Hefei 230088;2.Military Representatives Office of the Chinese PLA Navy in Hefei, Hefei 230088)

In view of the characteristics that there are excessive clutters, false alarms and target split when the sea targets are processed for the early-warning radar, the equivalent weighted amplitude plot clotting method and the radial frequency fuzzy inverse solution are proposed to realize false alarm suppression in the stages of plot clotting, correlation processing, and tracking filter of data processing.

early-warning radar; false alarm suppression; data processing; processing for sea targets

2014-03-09；

2014-05-12

馮俊濤(1974-)，男，高級工程師，碩士，研究方向：雷達軟件體系結構、雷達數(shù)據(jù)處理、目標跟蹤、信息融合等；吳昊(1983-)，男，工程師，研究方向：信號處理等。

TN959.72

A

1009-0401(2014)02-0026-04