一种基于三坐标雷达的点迹凝聚方法

门限的信号 ， 若不经过融合处理 ， 就会在 ３ 个维度上产 生 多个 点迹 ， 这样 就很 难 满 足 航迹 处 理 一 个 目标在 某 时刻 只有一个 点迹 的要 求 。而 且 ， 点 迹 提 取 系统 的
一
邻波束之间的交叠处 ． ， （ ｉ ， ｋ 是交叠的两个波束号 ） 信
号强 度要 求不 超过 峰值 的 ３ ｄ Ｂ衰 减 ， 从 而 确保 俯 仰全 空域 的探 测覆 盖 ， 但 同 时也 造 成 了相 邻 多个 波束 都 能 有效 照射 到 目标 ， 产生 多个 过 门限信 号 。
俯 仰波 束和方 位 分辨 单 元 都 有体 现 。 因此 ， 要 提 取 准
确、 有效的目 标信息， 点迹提取系统解决的首要 问题就 是进行 ３个 维度上 的凝 聚 。
部分 ， 信号处 理越来 越受 到关 注 ， 技术 指标 要求 也越来
越 高 。雷达 系统 的主 要 任务 就 是 判定 目标 是 否存 在 ，
第３ ３卷 第 ４期 ２ ０ １ ３年 １ ２月
雷 达 与 对抗
ＲＡＤＡＲ ＆ ＥＣＭ
Ｖ ｏ １ ． ３ ３ Ｎｏ ． ４
Ｄｅ Ｃ． ２ ０１ ３
一
种 基 于三 坐标 雷 达 的点迹 凝 聚方法
周 喃
（ 中国电子科技集 团公 司第三 十八研究所 ， 合肥 ２ ３ ０ ０ ８ ８ ）
１ 点迹凝 聚 的技 术 概 述
１ ． １ 回波信 号 的特性及 凝聚 的意 义 理 想 的 目标 回波在 方位 上应 表现 为雷 达天线 方 向 图的展宽 ， 而在距 离 上则 取 决 于信 号 处 理 机 所采 用 的 脉 冲压 缩 波形 。图 １ 从 距离 、 方位 、 俯仰 角度 三方 面展 示 了 回波 的特性 。如 图所 示 ， 经典 的 三坐 标 雷 达一 般 是机 械扫 描天线 雷达 ， 天线 波束有 一定 的宽 度 ， 转 速 较
以及对 多批 次多 目标 进行 精 确 的 探测 和 跟 踪 ， 而 回波
数 据 的点迹 提取是 这一 切任务 实现 的基础 。性 能 良好
的点迹 提取 系统能 够 精 确有 效 地 提 取 目标 ， 这 对 于雷
达 系统 的性 能有着 至关 重要 的意义 。 随雷达 系统 的工 作 方式 及 参 数 不 同 ， 需 要 处 理 的
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａｎ ａ ｌ ｇ ｏ ｉｔ ｒ ｈ ｍ ｏ ｆ ｐ ｌ ｏ ｔ ｓ — ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｏ ｉ ｄ ｉ ｎ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ３ Ｄ ｒ ａ ｄ ａ ｒ ｓ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ．Ｔｈ ｅ ｔ ｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ａ ｃ ｔ ｕａ ｌ ｅ ｃ ｈ ｏ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ，ａ ｚ ｉ ｍｕ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ ｅ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄｉ ｅ ｄ，ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｒ ｕ ｌ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ａ ｌ ｇ ｏ ｉｔ ｒ ｈ ｍ ｏ ｆ ｐ ｌ ｏ ｔ ｓ — ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｏ ｉ ｄ ａ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎｔ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ３ Ｄ ｓ ｔ ｒ ｅ ｔ ｃ ｈ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｓ ｒ ｅ — ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ．Ａｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍｅ ｔ ｉ ｍｅ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｌ ｏ ｔ ｓ — ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｏ ｉ ｄ ａ ｒ ｅ ｉ ｍ—
Ｂｌ Ｂ２ Ｂ３ Ｂ４ Ｂ５
不 同距 离 、 不 同方 位 和不 同俯 仰 波 束 同时输 出 多个 过
俯仰多波束
图１ 目标 回波在 距 离、 方位 、 俯 仰 ３个 维度 上 的典 型特性
１ ． ２ 凝 聚 前 的原始 数据 预 处理
值 一般 是根 据经 验 划定 范 围 ， 再 根 据 实 际 的观 测 效 果
的 方法 ， 提 高 了点迹 凝 聚的 可信度 和精度 。 关键 词 ： 三 坐标 ；点迹 凝聚 ； 距 离； 方位 ； 仰角 中 图分 类号 ： Ｔ Ｎ ９ ５ ７ ． ５ ２ ２ 文 献标 志码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ９ － ０ ４ ０ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ４ ６— ０ ０ ５
摘
要： 提 出了一 种基 于三 坐标 雷达 信 号 处理 的 点迹 凝 聚 方 法 ， 根 据 实 际 目标 回 波信 号在 距
离、 方位 、 仰 角 ３个维度上 典 型特性进 行 了较 为 深入 的研 究 ， 以软 件 的 方法 分别 对 ３个维 度 的
展 宽信 号提 出 了可行 的凝聚 准则 和算 法。 同 时， 通过 多个 重 复周 期 （ Ｆ Ｒ） 的积 累， 运 用统 计 学
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周 喃
一 种 基于 三坐 标雷 达 的点迹凝 聚方 法
代表 １ ５ ０ ｍ， 意 味着一个 目标可能在相邻 的几个距离 单元 上都 产 生过 门 限 数据 。另 外 ， 由于 俯 仰 方 向是接
收多 波束 （ ｉ ＝１ …ｎ ， ｎ为 形 成 的俯 仰 波 束个 数 ） ， 相
慢（ 一般是 ６ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ） ， 波束扫过 目标时将获得一串回波 脉冲， 所 以一个 点 目标 在可 检 测 方 位上 可能 占据几 十
甚 至上百 个主脉 冲。 同时 ， 点 目标 回波信 号 经 过脉 冲 压缩 处理 后 ， 在 距离 方 向上也 同样存 在展 宽 ， 通 常将 雷
达作 用距 离 由近 及 远 等 分 成 多 个 距 离 单 元 ， 每个 ｒ
与雷 达载机 平 台的相 对运 动及雷 达照射 波束 的主旁 瓣 关系 ， 属 于 同一 目标 的 回波信 号一 般会 在相邻 的距 离 、
收稿 日期 ： ２ ｏ １ ３ 一 ｌ Ｏ 一 １ ３
作者 简介 ： 周喃 （ １ ９ ８ ２ ． ） ， 女， 工程师 ， 研究方 向： 雷达信 号处理 。
调整得 到 。 。 。
有 目标时 雷达 系 统 接 收 到 的是 目标 信 号 加 噪 声 ， 而没 目标 时接 收 到 的 只有 噪 声 。信 噪 比大 小 不 同 ， 进 行 目标 检测 的难 易 程 度也 不 同 ： 信 噪 比大 时 目标 检 测 较 容易 ， 而 信 噪 比小 时 目标 检 测 就 比较 困难 。对 雷 达 使 用者 来 说 ， 关 心 的不是 信 噪 比的大 小 ， 而是直 接判 定 目标是 否存 在 的结 果 ， 所 以 目标 信 号是 否 能 准 确 检 测 出来对 雷 达 系统至 关重 要 。原始 回波 数据 经过 前 端脉 冲压缩 、 滤波、 恒 虚 警 等技 术 处 理 后 ， 将 以脉 冲重 复 周 期（ Ｆ Ｒ） 为单位 ， 按 照距 离 单 元 、 俯 仰 波 束 依 次 分 层 排 列 的形 式送 至点 迹 提取 系统 。某距 离 单元 中一 个俯 仰 波 束 的信 号就是 点 迹 提取 的基 本 操作 单 元 （ 以下 简 称
数 据 内容及 具体方 法也 不相 同 。本 文所 述 的点 迹提 取 是 针对 典型 三坐标 雷 达 而 言 的 ， 系统 对 回波 数 据 进 行 采集 ， 并 以重 复周 期 为 单位 进 行 数 据 的预 处 理 、 处理，
提取 出 目标 信息 ， 送 航 迹处 理 和 终 端显 示 。 由 于 目标
“ 提取 单元 ” ） 。此 时的输 人数 据 中还包 括 相 当 多 的杂
过 门限检测 是 点迹提 取 的入 口操作 。经 过 门限检
测后 ， 所有 提取 单元 的信 号分 为 ０ ／ １两种状 态 ， 后面 的 所 有操 作 都 只 针 对 过 门 限 （ 状态为 １ ） 的提 取 单 元 进 行 。另 外 ， 对 于 前端进 行 了动 目标 检 测 （ ＭＴ Ｄ） 处 理 的 数据 ， 每个 原始 的提取 单 元还会 细分 为多 个频 道 ， 这 时
可 同时 精确 测算 目标 的距 离 、 方位 和仰 角 。 由于 前 端 数据是以 Ｆ Ｒ 为单 位 送 来 ， 因 此 点迹 提取 —— 凝 聚 操
作 也是 以 Ｆ Ｒ为周 期 由数 据触 发 ， 每个 Ｆ Ｒ全 距 离段 处
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低， 否则 就 失去 了设 置 门限 的意义 。因此 ， 具体 的门限
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ：３ Ｄ；ｐ ｌ ｏ ｔ ｓ — ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｏ ｉ ｄ；ｒ ａ ｎ ｇ ｅ；ａ ｚ ｉ ｍｕ ｔ ｈ；ｅ ｌ ｅ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
０ 引 言
在 现代 战争 电子 信 息 化 的背 景 下 ， 被称 为 “ 千里
眼、 顺风 耳 ” 的雷 达 日益 重 要 。作 为雷 达 系统 的核 心
属 两个 或 多 个 目标 的 ， 进行“ 区分 ” 。凝 聚 的 过 程 中 ，
波 数据 和 虚警 。为减 轻 系统 压力 ， 提 高提取 效 率 ， 必 须 要 设定 合适 的门 限滤 除 杂 波 数 据 。 门 限不 可 过 高 ， 否
则 很可 能会 无法 检 测小 目标 或 弱 信 号 目标 ， 也 不 可 过
Ａｎ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｏ ｆ ｐ ｌ ｏ ｔ ｓ ． ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｏ ｉ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ３ Ｄ ｒ ａ ｄ ａ ｒ ｓ
ＺＨ０Ｕ Ｎａ ｎ
（ Ｎ ０ ．３ ８ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｃ Ｅ Ｔ Ｃ， Ｈ ｅ ｆ ｅ ｉ ２ ３ ０ ０ ８ ８ ）
ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｒ ｅ ｐ ｅ ｔ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｅ ｉｏ ｒ ｄ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ．
因此 ； 回波信 号经前 端 处理 以后 ， 一个 目标 可 能在
设计 者必 须 面对如 何 确定 目标 真 实 的距 离 中心 、 方 位
中心 和俯 仰角度 的 问题 。对 于三 坐 标 雷 达 系统 而 言 ，
这个 问题 尤为 重要 。点迹 提 取 的精 度必 须 足够 高 ， 才 能满 足雷 达 系统 对 距 离 、 方位和高度分 辨力的要求。 所以 ， 原 始 信 号 的融 合 处 理 —— 点 迹 凝 聚 （ ｐ ｌ ｏ ｔ ｓ － ｃ ｅ ｎ － ｔ ｒ ｏ ｉ ｄ ） 理所 当然 地成 为 目标点 迹提 取 的核心 步骤 。
需 要首 先进 行频 道筛 选 （ 通 常是 幅 度选 大 ） ， 取 出一 个
频 道 的数据 作为 实 际的提 取单元 ， 进 入下 一步 处理 。
１ ． ３ 点迹提 取— —凝 聚 的基本 处理 流程
点 迹凝 聚 的最终 目的就是对 ３个 维度 上展 宽 了的 目标信 号进 行融 合 ， 属 于 同一 目标 的 ， 进行 “ 合 并 ”， 分