劉永剛 巫文俊 祝正燕

（四川九洲空管科技有限責(zé)任公司 四川省綿陽(yáng)市 621000）

二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理主要包括點(diǎn)跡處理和航跡處理。一個(gè)裝載有二次雷達(dá)應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)在一個(gè)掃描周期內(nèi)會(huì)產(chǎn)生獨(dú)立的距離、方位以及屬性附加信息的原始應(yīng)答群，二次雷達(dá)詢問(wèn)機(jī)接收到這些原始應(yīng)答群后，點(diǎn)跡處理通過(guò)一定的算法、方法將這些原始應(yīng)答群進(jìn)行凝聚處理，在二次雷達(dá)每個(gè)掃描周期，檢測(cè)出該目標(biāo)唯一空間坐標(biāo)位置。實(shí)際使用過(guò)程中，往往會(huì)存在多個(gè)二次雷達(dá)詢問(wèn)設(shè)備對(duì)空域中的飛機(jī)進(jìn)行詢問(wèn)探測(cè)，二次雷達(dá)應(yīng)答機(jī)會(huì)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)生不同的應(yīng)答信號(hào)，因此詢問(wèn)設(shè)備需要甄別出我方詢問(wèn)設(shè)備對(duì)應(yīng)的應(yīng)答信號(hào)，需要對(duì)原始應(yīng)答群進(jìn)行距離、方位的相關(guān)處理，當(dāng)相關(guān)次數(shù)達(dá)到一定門限后，判定處于該距離、方位上存在一個(gè)真實(shí)的二次雷達(dá)目標(biāo)。因此相關(guān)次數(shù)的設(shè)置，對(duì)于二次雷達(dá)的探測(cè)有重要影響，如果相關(guān)次數(shù)設(shè)置過(guò)小，可能會(huì)產(chǎn)生虛假目標(biāo)，相關(guān)次數(shù)設(shè)置過(guò)大，又會(huì)導(dǎo)致對(duì)目標(biāo)的探測(cè)概率下降。而航跡處理通過(guò)每個(gè)掃描周期之間點(diǎn)跡的相關(guān)，從而建立航跡、更新航跡，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的持續(xù)跟蹤。

為了保證二次雷達(dá)的探測(cè)概率，同時(shí)降低虛假目標(biāo)出現(xiàn)的概率，本文提出一種二次雷達(dá)點(diǎn)跡處理中相關(guān)次數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整的方法，可以在點(diǎn)跡凝聚時(shí)，根據(jù)當(dāng)前的航跡信息，提前知道可能存在的目標(biāo)信息，點(diǎn)跡凝聚時(shí)，根據(jù)已知的目標(biāo)信息，判定此次應(yīng)答是否為真實(shí)應(yīng)答，從而動(dòng)態(tài)設(shè)置相關(guān)次數(shù)門限。

1 二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通常由點(diǎn)跡處理模塊、航跡處理模塊組成。系統(tǒng)組成框圖如圖所示。其中點(diǎn)跡處理模塊接收來(lái)自譯碼模塊的原始應(yīng)答報(bào)告，對(duì)應(yīng)答報(bào)告進(jìn)行應(yīng)答間相關(guān)處理，形成點(diǎn)跡報(bào)告。通過(guò)對(duì)應(yīng)答數(shù)據(jù)的多次相關(guān)處理，可以有效地剔除異步應(yīng)答信號(hào)，完成對(duì)目標(biāo)的初步探測(cè)。航跡處理模塊接收來(lái)自點(diǎn)跡處理模塊的點(diǎn)跡報(bào)告，對(duì)點(diǎn)跡報(bào)告進(jìn)行掃描周期間的相關(guān)處理，完成航跡建立、航跡更新。部分點(diǎn)跡報(bào)告會(huì)具有一個(gè)或多個(gè)錯(cuò)誤，通過(guò)參照飛機(jī)的航跡歷史信息，不僅可以識(shí)別出所存在的錯(cuò)誤，而且能將錯(cuò)誤更正。二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1：二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)框圖

1.1 二次雷達(dá)的點(diǎn)跡處理原理

二次雷達(dá)天線波束掠過(guò)目標(biāo)時(shí)，應(yīng)答機(jī)會(huì)產(chǎn)生一系列應(yīng)答信號(hào)，其中包括每次應(yīng)答都會(huì)帶有其他屬性信息，主要包括：應(yīng)答信號(hào)的幅度、模式代碼、高度碼、告警信息等，后端數(shù)據(jù)處理將所有屬于同一架飛機(jī)的應(yīng)答信號(hào)通過(guò)距離相關(guān)、方位相關(guān)識(shí)別出來(lái)，當(dāng)這些應(yīng)答信號(hào)次數(shù)超過(guò)設(shè)定的相關(guān)次數(shù)門限時(shí)，認(rèn)為這些應(yīng)答信號(hào)為本詢問(wèn)機(jī)詢問(wèn)回來(lái)的真實(shí)飛機(jī)的應(yīng)答信號(hào)。再將這些同一飛機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，通過(guò)算法處理后，得到飛機(jī)的位置信息、高度、A模式代碼、告警信息，即目標(biāo)點(diǎn)跡信息。點(diǎn)跡處理原理如圖2所示。

圖2：點(diǎn)跡處理原理圖

1.2 二次雷達(dá)的點(diǎn)跡處理流程

二次雷達(dá)點(diǎn)跡處理分為以下幾個(gè)步驟：

1.2.1 原始應(yīng)答信號(hào)接收

原始應(yīng)答信號(hào)經(jīng)過(guò)譯碼初步處理后，剔除幅度小的應(yīng)答信號(hào)以及旁瓣的應(yīng)答信號(hào)，形成可能的目標(biāo)應(yīng)答信號(hào)。

1.2.2 點(diǎn)跡相關(guān)

（1）將原始應(yīng)答信號(hào)與已有點(diǎn)跡節(jié)點(diǎn)進(jìn)行距離相關(guān)、方位相關(guān)；

（2）相關(guān)上，則更新該點(diǎn)跡節(jié)點(diǎn)的位置信息、屬性信息，并將距離、方位、代碼信息存儲(chǔ)到點(diǎn)跡節(jié)點(diǎn)內(nèi)；

（3）點(diǎn)跡節(jié)點(diǎn)的相關(guān)次數(shù)加一；

（4）否則，該應(yīng)答為新的目標(biāo)應(yīng)答，新建點(diǎn)跡節(jié)點(diǎn)，等待后續(xù)新的應(yīng)答數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)。

點(diǎn)跡相關(guān)的處理流程如圖3所示。

圖3：點(diǎn)跡相關(guān)流程圖

1.2.3 點(diǎn)跡凝聚

點(diǎn)跡凝聚流程如下：

（1）判斷點(diǎn)跡節(jié)點(diǎn)的相關(guān)次數(shù)，如果相關(guān)次數(shù)大于凝聚次數(shù)門限值（典型值為4），則進(jìn)行方位凝聚、距離補(bǔ)償、代碼處理，否則刪除該點(diǎn)跡節(jié)點(diǎn)；

（2）根據(jù)點(diǎn)跡節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的天線方位、符號(hào)位、OBA值以及點(diǎn)跡節(jié)點(diǎn)的距離，查找OBA表，得到每組譯碼數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)跡方位，濾除異常值后對(duì)方位進(jìn)行求平均，得到最終的點(diǎn)跡方位；

（3）處理點(diǎn)跡節(jié)點(diǎn)內(nèi)存儲(chǔ)的代碼，選擇出現(xiàn)次數(shù)最多的代碼作為最終的代碼；

（4）凝聚后的點(diǎn)跡如果滿足上報(bào)的條件，則發(fā)送點(diǎn)跡到航跡處理模塊，進(jìn)行后續(xù)的航跡處理。

點(diǎn)跡凝聚流程圖如圖4所示。

圖4：點(diǎn)跡相關(guān)流程圖

1.3 二次雷達(dá)的航跡處理原理

應(yīng)答信號(hào)經(jīng)過(guò)點(diǎn)跡處理形成點(diǎn)跡后，再經(jīng)過(guò)航跡處理形成航跡。航跡處理在二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中主要有以下兩個(gè)作用：

1.3.1 降低虛景

航跡處理可以理解為是一個(gè)點(diǎn)跡濾波器，通過(guò)航跡預(yù)測(cè)，修正和抑制一些點(diǎn)跡目標(biāo)，因此經(jīng)過(guò)航跡處理后，形成的航跡目標(biāo)大大降低了虛景出現(xiàn)的概率。

1.3.2 提高探測(cè)的質(zhì)量

通過(guò)航跡的運(yùn)動(dòng)模型限制，可以在系統(tǒng)允許的范圍保持目標(biāo)的跟蹤探測(cè)。通過(guò)使用濾波算法，可以提高目標(biāo)的跟蹤平滑程度。

1.4 二次雷達(dá)的航跡處理流程

圖5：二次雷達(dá)航跡處理流程圖

二次雷達(dá)航跡處理流程如圖5所示，主要包括：點(diǎn)跡預(yù)處理、點(diǎn)航相關(guān)、點(diǎn)航配對(duì)、航跡更新、航跡管理以及航跡上報(bào)。

2 一種二次雷達(dá)點(diǎn)跡處理中相關(guān)次數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整的方法

本文所提出的方法包含以下3個(gè)步驟：

2.1 完成對(duì)目標(biāo)的初步探測(cè)

首先，原始應(yīng)答信號(hào)經(jīng)過(guò)點(diǎn)跡處理，對(duì)應(yīng)答間的相關(guān)處理將單個(gè)的應(yīng)答轉(zhuǎn)化為原始應(yīng)答報(bào)告。每相關(guān)一次，相關(guān)次數(shù)加1，相關(guān)次數(shù)達(dá)到相關(guān)門限（典型值4次），則建立點(diǎn)跡；

經(jīng)過(guò)連續(xù)幾個(gè)天線掃描周期（典型值為3）的探測(cè)，對(duì)掃描周期之間點(diǎn)跡進(jìn)行相關(guān)處理，完成航跡建立，并初始化航跡的存活周期，點(diǎn)跡與航跡每成功相關(guān)一次，航跡存活周期加1。

航跡建立后，在新的天線掃描周期開始時(shí)，將航跡列表信息發(fā)送給點(diǎn)跡處理，航跡列表信息包括：目標(biāo)A模式代碼、目標(biāo)高度、目標(biāo)距離、目標(biāo)方位、航跡存活周期。

目標(biāo)初步探測(cè)示意圖如圖6所示。

圖6：目標(biāo)探測(cè)示意圖

2.2 建立目標(biāo)索引列表

點(diǎn)跡處理接收到航跡列表信息，以航跡列表信息中的A模式代碼為索引值，由A模式代碼的編碼規(guī)則，可知A模式代碼一共存在4096種不同組合，將A模式代碼與目標(biāo)距離、目標(biāo)方位、目標(biāo)高度、航跡存活周期建立索引關(guān)系。

表1：目標(biāo)索引列表構(gòu)成表

表2：相關(guān)次數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整示意表

目標(biāo)索引列表建立示意圖如圖7所示。

圖7：目標(biāo)索引列表建立示意圖

目標(biāo)索引列表構(gòu)成如表1所示。

2.3 目標(biāo)索引匹配

2.3.1 代碼匹配

點(diǎn)跡處理在進(jìn)行點(diǎn)跡凝聚時(shí)，以點(diǎn)跡節(jié)點(diǎn)的A模式代碼為索引值，對(duì)目標(biāo)索引列表進(jìn)行索引查找，如果成功索引到，表示代碼匹配成功。

2.3.2 位置匹配

將點(diǎn)跡的位置信息與目標(biāo)索引列表對(duì)應(yīng)A模式代碼的目標(biāo)位置信息進(jìn)行相關(guān)處理，如果在相關(guān)門限內(nèi)，表示位置匹配成功

2.3.3 高度匹配

點(diǎn)跡的高度信息與目標(biāo)索引列表對(duì)應(yīng)A模式代碼的高度信息進(jìn)行比較，如果兩者在一個(gè)窄高度差內(nèi)，表示高度匹配成功。目標(biāo)索引匹配示意圖如圖8所示。

圖8：目標(biāo)索引匹配示意圖

2.4 動(dòng)態(tài)調(diào)整相關(guān)次數(shù)

點(diǎn)跡處理進(jìn)行點(diǎn)跡凝聚時(shí)，根據(jù)點(diǎn)跡與目標(biāo)索引列表的匹配度，結(jié)合航跡存活周期來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整相關(guān)次數(shù)門限。相關(guān)次數(shù)調(diào)整示意表如表2。

2.5 點(diǎn)跡凝聚

按照表2中的相關(guān)次數(shù)，完成相關(guān)次數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，對(duì)點(diǎn)跡節(jié)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)跡凝聚，如果點(diǎn)跡節(jié)點(diǎn)的相關(guān)次數(shù)大于動(dòng)態(tài)門限值，則該點(diǎn)跡節(jié)點(diǎn)為真實(shí)目標(biāo)，計(jì)算目標(biāo)的方位、距離、代碼等信息后發(fā)送給航跡處理模塊進(jìn)行后續(xù)的航跡處理。

3 相關(guān)次數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整方法的實(shí)現(xiàn)和效果分析

二次雷達(dá)在實(shí)際探測(cè)過(guò)程中，受限于探測(cè)威力限制，當(dāng)目標(biāo)在二次雷達(dá)探測(cè)威力附近時(shí)，應(yīng)答次數(shù)開始變少，隨著目標(biāo)離詢問(wèn)機(jī)距離變遠(yuǎn)，接收到的應(yīng)答信號(hào)次數(shù)逐漸變少，直到無(wú)法探測(cè)到該目標(biāo)；同時(shí)由于二次雷達(dá)的探測(cè)原理，應(yīng)答脈沖在傳輸過(guò)程中可能會(huì)受到環(huán)境因素以及采樣的影響，導(dǎo)致詢問(wèn)機(jī)能夠識(shí)別出的應(yīng)答信號(hào)次數(shù)變少。以往的二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中，點(diǎn)跡處理相關(guān)次數(shù)使用固定值(典型值4次)，對(duì)某二次雷達(dá)詢問(wèn)機(jī)的原始應(yīng)答數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該數(shù)據(jù)已剔除虛假應(yīng)答，分析結(jié)果如表3所示。

從表3中可以看出，如果使用固定值的相關(guān)次數(shù)（典型值4次），將會(huì)有90.8%（定義為p1）的點(diǎn)跡能夠形成目標(biāo)點(diǎn)跡，9.2%的點(diǎn)跡因相關(guān)次數(shù)達(dá)不到要求被剔除，而無(wú)法形成目標(biāo)點(diǎn)跡。

表3：某二次雷達(dá)點(diǎn)跡統(tǒng)計(jì)表

基于以上情況，在二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中進(jìn)行點(diǎn)跡處理時(shí)，需要對(duì)相關(guān)次數(shù)門限值進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。如果使用本文中提到的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重演，結(jié)果為有96.7%（定義為p2）的點(diǎn)跡能夠形成目標(biāo)點(diǎn)跡，3.3%的點(diǎn)跡因相關(guān)次數(shù)達(dá)不到要求被剔除。相比于固定相關(guān)次數(shù)的方法，探測(cè)概率提高值Δp，

Δp=p2-p1

可以得出本文提出的方法相比較于固定相關(guān)次數(shù)的方法，該二次雷達(dá)探測(cè)概率提高值為5.9%。

4 結(jié)論

二次雷達(dá)中，通過(guò)對(duì)飛機(jī)的應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，主要包括點(diǎn)跡處理、航跡處理，可以準(zhǔn)確定位飛機(jī)的位置，識(shí)別目標(biāo)二次代碼，并通過(guò)應(yīng)答累積，進(jìn)行應(yīng)答間的多次相關(guān)處理、掃描周期間的相關(guān)處理，能有效地甄別出虛假應(yīng)答。由于需要進(jìn)行應(yīng)答累積、應(yīng)答多次相關(guān)，因此至少需要2次以上的應(yīng)答信號(hào)（典型值為4次），而在實(shí)際工程中，某些情況下詢問(wèn)機(jī)能夠甄別出的應(yīng)答次數(shù)不足4次，特別是在一些掃描周期短的二次雷達(dá)中，由于受限于詢問(wèn)時(shí)間的限制，因此單個(gè)掃描周期內(nèi)獲得的應(yīng)答次數(shù)會(huì)更少，這會(huì)降低二次雷達(dá)的探測(cè)概率。

本文通過(guò)二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中的航跡處理，在建立航跡后，獲得目標(biāo)的真實(shí)位置信息、A代碼信息，進(jìn)行點(diǎn)跡處理，由于已經(jīng)獲取到所有的真實(shí)目標(biāo)信息，通過(guò)原始應(yīng)答與航跡列表的匹配，根據(jù)匹配程度，動(dòng)態(tài)調(diào)整相關(guān)次數(shù)，使得在目標(biāo)應(yīng)答次數(shù)偏少的情況下，也能很好的探測(cè)到目標(biāo)。點(diǎn)跡處理時(shí)，由于降低了相關(guān)次數(shù)，也同時(shí)增加了產(chǎn)生虛假點(diǎn)跡的概率，后續(xù)的航跡處理進(jìn)行掃描周期之間的相關(guān)處理，可以解決虛假點(diǎn)跡的問(wèn)題。

根據(jù)分析比較，本文中的一種二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)調(diào)整點(diǎn)跡相關(guān)門限的方法，能有效提高二次雷達(dá)的探測(cè)概率。