二次雷达探测性能和数据质量评估方法

余飞侠 王志鸿

摘要：二次雷达探测性能和数据质量性能参数分析采用计算机软件对雷达输出的目标报告数据进行统计分析，以对雷达的性能进行评估。文中介绍了各性能参数的含义、测试步骤和分析方法。

关键词：二次雷达，性能评估，数据质量，测试方法

中图分类号：TP311      文献标识码：A      文章编号：1009-3044（2018）31-0253-03

1 引言

近年来，航班流量呈现井喷式增长，高速发展的民航业对空管系统提出了更高要求。单脉冲二次监视雷达由于探测距离远、测量精度高、获取信息多等优点，成为空中交通管制首要的监视数据源。二次雷达的探测性能和数据质量是包括管制员在内的空管保障人员关心的重点，雷达探测性能下降将缩小空域管制的雷达管制间隔，对空域的利用率有极大的影响;雷达数据质量是技术保障人员必须关心的重要技术参数，将影响空管自动化的正常运行。在实际技术保障中，对雷达的探测性能和数据质量等性能参数进行在线测试分析，是提供连续可靠的监视服务的关键。

2 探测性能和数据质量简介

2.1 探测性能

雷达的探测性能是雷达最基本的和最重要的要求，雷达应能探测到覆盖范围的所有目标并及时上报管制中心。二次监视雷达系统主要向管制中心提供以下信息：飞机位置（距离、方位）、飞机高度（模式C代码）、飞机识别（或模式A代码）、飞机垂直位置、特殊A代码指示、地速、航迹状态（一次航迹、二次航迹、融合航迹或外推航迹）等。其中，飞机距离、方位、高度、飞机识别（或模式A代码）是关键的监视数据。通常使用目标位置探测概率、代码有效性和虚假目标率等性能参数来表示二次雷达的探测性能。

目标位置探测概率用来表示雷达对目标的捕获和位置检测性能。探测概率是指天线每转一圈，目标上报位置数据的概率。探测概率是指目标报告数和期望目标报告数之间的比率，期望目标报告数由测试方法确定。

代码检测性能由总模式A代码检测概率和总模式C代码检测概率表示。模式A或模式C代码检测概率是指具有正确模式A或模式C代码数据的目标报告数和期望目标报告数（即用于计算目标位置探测能力的目标报告数）之比。

虚假目标报告性能指标由总虚假目标报告率决定。虚假目标报告率是指虚假目标报告数和已探测到的目标报告数之比。由于同步干扰、异步干扰、二次环绕应答产生的目标报告都是虚假目标报告。需要特别指出的是，一次监视雷达使用平均每个扫描虚假目标数来表示虚假目标报告性能，二次监视雷达使用总虚假目标报告率表示虚假目标报告性能。

2.2 数据质量

雷达数据质量是构建安全、高效空管系统的基本保障。通常使用目标位置精度、误码率和分辨力等性能参数来表示雷达数据的质量。

目标位置精度是指雷达上报的目标位置和目标被检测到时的真实位置之间的误差，使用系统误差、随机误差和跳变率三类位置误差项来表示。其中，系统误差包括距离偏差、方位偏差和时间偏差。偏差誤差是固定值，距离和方位偏差是相对于平均随机误差的相对值，时间偏差是指用于给点迹打时间戳的时间系统和常用基准时间的时间误差。随机误差是标准差，包括距离误差标准差和方位误差标准差。跳变是指目标报告位置与参考位置的方位差大于1°、距离差大于700米。

误码率是模式A或模式C代码数据有效却不正确的目标报告数和期望目标报告数（即用于计算目标位置探测能力的目标报告数）之比。

分辨力是雷达区分两架相邻飞机并产生正确目标报告的能力，二次雷达使目标位置探测概率和代码有效性来表示分辨力性能，目标的相对位置区域划分如图1所示。当两架飞机的距离差小于2海里、方位差小于2倍的3dB波束宽度，二次雷达的3dB波束宽度一般不大于2.45°，此处取2.45°。

3 性能参数测试步骤和分析方法

3.1 测试步骤

二次雷达性能测试分析是对雷达输出的目标数据进行解析和统计，分析过程一般是由计算机完成的。整个测试分析过程分为测试准备、数据收集和数据分析3个阶段。

3.1.1 测试准备

在测试准备阶段，进行雷达准备和环境测试工作。首先，明确数据收集时雷达的工作状态和主要系统参数（天线转速、询问策略、询问重复频率、接收机灵敏度、录取器工作参数/状态等），确保在各性能参数测试分析之前，雷达的初始运行状态一致。其次，雷达探测能力受地理环境和外部条件影响，应识别外部条件（如干扰等）、特殊地理特征、空中交通繁忙程度和其他影响雷达性能的因素，以评估其对测试分析结果的影响。

3.1.2 数据收集

在数据收集阶段，应确保纪录包含足够数量和质量的数据以进行数据分析，数据的记录要求见下表。

3.1.3 数据分析

在数据分析阶段，采用计算机软件对纪录的雷达输出数据根据测试目的分别进行统计分析，如相关和航迹重构，评估雷达性能参数。

3.2 探测性能参数分析

对于探测概率和代码有效性分析，采样数据应是互不接近的目标（目标距离间隔>2海里，方位间隔>4.9°），外推目标报告不在计算范围内。

3.2.1 目标位置探测概率

在对记录数据的技术性能分析中，将测试覆盖范围按基本的三维单元（距离、方位、高度）划分，估算每个单元的探测概率。基本三维单元的大小取决于测试精度要求和单元内实际的期望目标报告数。单元内的目标位置探测概率应使用下面公式计算：

P_d=探测目标数量/预测目标数量

“预测目标数量”是指第一次探测到目标至最后一次探测到目标的扫描数。在特殊测试飞行中，期望目标报告数等于飞机在雷达波束中出现的次数。“探测目标数量”是指雷达实际捕获的目标数量，不包括外推目标报告、虚假目标报告和多径目标报告。对于测试飞机或个别飞机，应计算每个航迹点的探测概率和平均概率。

3.2.2代码有效性

代码有效性评估只采用目标位置探测概率计算使用的目标报告，因此只考虑形成飞机航迹的目标报告。

目标的A 码和C码代码有效性应使用如下公式计算：

P_{cd Mode A}=有效和正确的模式A目标数/形成有效航迹的目标数

Pc_{d Mode C}=有效和正确的模式C目标数/形成有效航迹的目标数

注：

1） A码或C码代码是否有效是雷达根据应答信号处理结果对应答中的A碼或C码进行的正确性标记。

2） A码或C码代码正确表示A码或C码值和相关航迹的当前正确值相同。其中，正确值由分析系统决定和维护。

3.2.3 虚假目标报告率

使用已相关的目标报告来分析虚假目标报告率。

P_Fal/Mul=虚假或重复的目标数/探测目标总数

3.3 数据质量参数分析

3.3.1目标位置精度

位置精度是根据雷达报告的目标位置和目标探测时刻的真实位置差进行计算分析的。把目标的真实位置当做参考位置，这个参考位置可从测试过程中雷达不同输入/输出接口记录的数据中录取（如：单脉冲接收机和单脉冲信号处理器之间的I/O，或雷达和雷达数据处理中心的I/O），或飞机的GPS位置数据。参考位置的精度至少要比雷达输出端目标报告的测算位置精度高一个量级。

位置精度参数的分类和计算如下所示：

a） 系统误差

c） 跳变率

跳变率按如下公式计算：

R_J=总跳变数量/探测目标数量

3.3.2 误码率

目标的A码和C码代码有效的概率应按如下公式计算：

P_{cv Mode A/C}=有效的模式A和C的目标数/形成有效航迹的目标数

代码有效却不正确的概率，即误码率为：

P_cv=P_cv-P_cd

3.3.3 分辨力

分辨力是雷达识别两架相邻飞机并产生正确目标报告的能力，并给出位置探测概率和代码有效性。

图1中区域1、区域2和区域3的位置探测概率和代码有效性按如下公式计算：

P_d=相邻区域探测的目标数/相邻区域预测目标总数

P_{cd Mode A}=有效且正确的模式A目标数/相邻区域形成有效航迹的目标数

P_{cd Mode C}=有效且正确的模式C目标数/相邻区域形成有效航迹的目标数

4 结束语

本文分别介绍了二次雷达探测性能和数据质量的主要性能参数及其含义，并给出了各性能参数的测试步骤和分析方法。使用计算机终端软件对雷达数据进行记录和统计分析，能够更直观的展示测试结果，便于雷达站一线技术保障分析。通过在线监测关键雷达性能参数实现对空管二次雷达的性能评估，为后期空域设计以及设备技术保障提供一种参考。

参考文献：

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