基于航向统计分布的仙波航迹识别方法

陈磊 冯仑

【摘 要】大气扰动、闪电、鸟群和昆虫群会对雷达辐射的电磁波产生反射，以至雷达产生仙波，仙波无法在信号处理层滤除，易产生虚假航迹。本文利用仙波目标慢速直线同向的特点，在后端数据处理层提出了一种基于航向统计分布的仙波航迹识别方法，该方法通过多扫描周期的“疑似”，“确认”过程，可正确识别出仙波航迹。

【关键词】雷达仙波 航向统计分布 识别方法

在利用雷达探测空中目标时，人们将那些不存在明显反射源的回波信号称为“仙波”，早期的研究者认为这些仙波通常是由飞鸟或昆虫产生的[1]。但在很多天气良好的情况下，根据人们视觉观察并没有发现这些鸟类和昆虫的存在。张飚等人[2]对警戒雷达的仙波特性进行了分析，他们认为仙波大多出现于春夏两季的沿海地带，不仅在白天出现，夜间也大量存在，且很大一部分沿海岸线分布。在临近地面处，大气层的温度、湿度分布不均；另外在海陆交界处，陆地和海水比热的不同，两者的升温速度不一，产生热对流的现象，这些都会导致雷达回波增强，因而产生仙波。文献2同时指出，仙波与一般真实目标在过门限点数、相邻单元时域相关性、频谱特性方面的没有本质差异，所以无法在信号处理层应用MTI对其进行滤除。对雷达而言，仙波目标一般探测连续，与一般运动目标类似，因此会起始虚假航迹，增加了雷达系统的“虚警率”，引起情报误报。

本文对XX雷达在阵地试验中探测到的类似虚假目标，进行了分析。XX雷达为一二次合装雷达，此类虚假目标无二次点迹，只有一次点迹，多为慢速直线运动目标，且同一时刻出现的仙波运动方向差别不大。因此，针对仙波的这个特点，可在雷达后端数据处理层对仙波航迹进行识别。本文提出了一种基于航向统计分布的仙波航识别方法，正是利用了仙波目标慢速同向的特点，并将其应用在XX雷达上，发现本方法可以有效的识别出现的仙波虚假航迹。

1基于航向统计分布的仙波航迹识别方法

仙波多为慢速直线同向的目标，本文从目标的航向统计分布方面考虑对仙波航迹的识别抑制。

首先，对雷达探测的整个360°范围进行方向分组，等分为16或32份扇区。需要注意的是这里是对方向的分组，而不是方位分组。方向分组是指航迹运动的方向（即航向）处于哪个方向区间内；而方位分组是指更新航迹的点迹的方位坐标处于哪个方位区间内。等分的方向数，可作为“仙波处理方向分组”参数，用于后期的优化控制。

然后，数据处理对接收到信号点迹，进行起始，相关，滤波跟踪，并对滤波后的稳定航迹进行速度判别。若航迹平均速度低于某个速度阈值参数（“仙波识别速度”），则记录该航迹，作为“疑似仙波航迹”，并依据该航迹的航向，将其分配到对应的方向分组。数据处理统计每个天线扫描周期，各方向分组内的疑似仙波航迹的分布情况。

下面，以方向16分组为例说明。若将360°等分为16份，则每个方向扇区的宽度是22.5°。若在某个天线扫描周期内（即天线从0°开始扫到360°这段时间内），数据处理一共检测到有20条航迹的平均速度小于仙波识别速度。这20条疑似仙波航迹的运动方向分布为：运动方向扇区2内有2条；运动方向在扇区3内有3条；运动方向在扇区4内有2条；运动方向在扇区5内有1条；运动方向在扇区6内有1条；运动方向在扇区11内有3条；运动方向在扇区12内有5条；运动方向在扇区13内有2条；运动方向在扇区14内有1条。由此可见方向扇区12内的疑似仙波航迹的数量最多，该扇区所指示的方向区间（即从247.5°到270°）称为该天线扫描周期的仙波方向。

若在某个天线扫描周期，任意一个方向扇区内所包含的疑似仙波航迹的数量超过预设参数“疑似仙波状态门限”，该扫描周期就成为疑似仙波状态扫描周期。此时，有一个“疑似仙波状态计数器”开始计算并对记录的数值加1。若在下一个天线扫描周期，所有的方向扇区所包含的疑似仙波航迹的数量均不超过“疑似仙波状态门限”，则该扫描周期为一个正常扫描周期，疑似仙波状态计数器减1，一直减到0为止。

若在天线的某个扫描周期，疑似仙波状态计数器的数值超过预设参数“确认仙波状态门限”，则该扫描周期就成为“确认仙波状态扫描周期”。此时，数据处理将该天线扫描周期内所有的疑似仙波航迹的航向与该周期的仙波方向进行比较并更新“仙波航迹确认计数器”。每一个疑似仙波航迹都有一个计数器，这个计数器就是仙波航迹确认计数器。若在当前天线扫描周期内，某一个疑似仙波航迹的航向与当前周期的仙波方向之差小于参数“仙波方向差门限”，则这条疑似仙波航迹的仙波确认计数器就加1，直到该确认计数器的数值超过参数“仙波航迹确认门限”，那么这条疑似仙波航迹就成为确认仙波航迹。

通过以上多扫描周期的“疑似”，“确认”过程，可以将仙波航迹正确识别出来。之后，数据处理对识别出的仙波航迹进行标识，并将其置“不上报”标志，不允许上报给上级情报系统，降低了雷达系统的“虚警率”。

2结语

春夏季节沿海地带，大气扰动会增大对雷达辐射的回波强度，使雷达产生仙波。仙波与一般真实目标在过门限点数、相邻单元时域相关性、频谱特性方面的没有本质差异，无法在信号层对其滤除，易产生虚假航迹。本文利用了仙波目标慢速直线同向的特点，在后端数据处理层提出了一种基于目标航向统计分布方法，通过多周期的“疑似”，“确认”过程，可正确识别出仙波航迹。

参考文献：

[1]陈唯实，宁焕生，李敬 等.基于鸟类目标散射特性分析的雷达探鸟实验[J].航空学报，2009，30（7）：1312-1318.

[2]张飚，张仕元，窦泽华.警戒雷达仙波特性分析[J].现代雷达，2008，30（6）：65-68.

本论文工作受到以下课题资助：国家科技支撑计划课题，机场场面监视雷达系统（NO. 2011BAH24B05）。