一种二次雷达数据处理中目标方位修正的方法

巫文俊 陈伟 邹亮

（四川九洲空管科技有限责任公司 四川省绵阳市 621000）

针对单脉冲二次雷达，测角是利用主波束驻留时间内和/差波束先确定每一个接收到应答脉冲的方位，并对其进行处理，再对所有应答脉冲的方位进行方位凝聚。如果应答脉冲受到干扰，将会影响目标方位的准确性，从而影响二次雷达的探测精度。

为了使脉冲受到干扰时以后依然能保证探测精度，本文提出一种二次雷达数据处理中目标方位修正的方法，可以在方位凝聚时，通过算法识别出当前测角的置信度，通过后续的航迹处理对测角进行修正，从而提高二次雷达的探测精度。

1 单脉冲二次雷达的测角原理

单脉冲测角是一种精确测试信号方位角的技术，由一个应答脉冲就可以确定目标方位角，单脉冲测角名字由此得来。

单脉冲二次雷达测角通过对飞机的应答脉冲进行和差通道处理后，得到脉冲的和幅度SumScop、差幅度DeltaScop，从而计算出此次目标偏离扫描主轴信息(OBA)：

oba=SumScop-DeltaScop

通过和的相位差，可以得到目标偏离扫描准轴的符号信息（Sign）,扫描准轴方位信息(Acp)由方位编码器给出.综合以上信息，可以解算出此次应答脉冲的方位信息。

二次雷达询问主波束扫过飞机时，飞机会产生一系列应答脉冲，如图1所示，从而会得到一组飞机的方位值ω1、ω2...ωn，最终飞机的方位值为：

测角对二次雷达探测性能的影响：

二次雷达数据处理主要分为点迹凝聚和航迹处理，点迹凝聚只对当前周期的应答信号进行处理，当应答信号受到干扰时，直接影响最后点迹的方位精度。航迹处理包括航迹建立、航迹更新、航迹外推、航迹滤波以及航迹平滑，其中航迹滤波会根据历史周期的方位信息，与当前周期的点迹测量方位进行加权处理，得到最终的航迹方位信息。假设航迹滤波使用α-β 滤波，飞机做匀速直线飞行，当测角发生偏差θ 时，经过航迹滤波后，探测的方位精度偏差为：

其中ω 为飞机真实方位

2 一种二次雷达数据处理中目标方位修正的方法

本文所提出的修正方法包含以下3 个步骤：

2.1 完成原始应答信号的采集

每个应答脉冲经过和差通道处理，得到脉冲的和幅度、差幅度以及符号位，并存储在和幅度数组SumScop[n]、差幅度数组DeltaScop[n]以及对应的符号位数组Sign[n]，同时记录对应的转台方位Acp[n]，数组下标对应每一次应答。

2.2 完成应答信号质量分析

图1：飞机应答信号图

图2：应答信号和差幅度曲线图

以转台方位Acp[n]为横坐标、和幅度数组SumScop[n]为纵坐标得到应答脉冲的和幅度曲线；

以转台方位Acp[n]为横坐标、差幅度数组DeltaScop[n]为纵坐标得到应答脉冲的和幅度曲线；

以转台方位Acp[n]为横坐标、符号位数组Sign[n]为纵坐标得到应答脉冲的符号位变化曲线；

正常应答信号的和差幅度以及符号位曲线如图2所示。

其中符号位曲线满足如下规律：

（1）符号位在和幅度最大值、差幅度最小值处，发生翻转；

（2）符号位翻转有且仅有一次翻转。

和幅度曲线满足如下规律：

有且仅有一个波峰，波峰左侧，呈单调递增趋势，波峰右侧，呈单调递减趋势。

表1：点迹方位准确度打分策略

表2：分值与滤波系数的对应关系表

图3：未进行方位修正的航迹效果图

图4：进行方位修正后的航迹效果图

差幅度曲线满足如下规律：

有且仅有一个波谷，波谷左侧，呈单调递减趋势，波谷右侧，呈单调递增趋势。

根据原始应答脉冲的和差应答方位ω1、ω2...ωn，点迹凝聚的方位为ω，因此可以得到应答方位的方差为：

D 代表点迹原始应答脉冲方位的离散程度，可以一定程度反应最终点迹方位的准确性。

通过对原始应答脉冲群的符号位曲线、和幅度曲线、差幅度曲线进行分析，在进行点迹凝聚时，对当前周期的点迹方位的准确度进行打分，初始分值0 分，分数越高，点迹方位的准确度越高，满分100 分。打分策略见表1。

2.3 完成目标方位修正

根据步骤（2）中得到的点迹方位的分值以及点迹应答脉冲群方位的方差D，实时调整航迹滤波时的滤波系数。分值与滤波系数的对应关系见表。

航迹滤波后方位T 的计算方法为：

其中α 为点迹测量方位占比，ω 为点迹测量方位，T'为航迹预测方位。当点迹应答脉冲群方位的方差D 小于0.4 度时，α 取固定系数0.5，即点迹测量方位和航迹预测方位权重相同；当点迹应答脉冲群方位的方差D 大于等于0.4 度时α 按表2 进行取值。

3 方位修正方法的实现和效果分析

由于应答脉冲在传输过程中可能会受到环境因素以及采样的影响，导致单脉冲测角出现偏差，但是这种偏差是偶发性的，在二次雷达后端数据处理的航迹处理中，会对目标角度进行滤波处理，假设使用α-β 滤波进行航迹滤波，一般情况下α 值为0.5，表示测量方位占比0.5，预测方位占比0.5。当测角发生偏差时，会导致最后的航迹精度出现偏差，航迹不平滑。如图3所示。

按照本文提出的方法对目标方位进行修正后，形成的航迹精度有所提高，航迹平滑度提高。如图4所示。

4 结论

现在的二次雷达普遍为单脉冲二次雷达，单脉冲测角技术在二次雷达中应用越来越广泛，由于空域的环境复杂性，以及二次雷达前端信号处理采样的误差，可能会导致应答脉冲受到干扰，将直接影响单脉冲二次雷达的测角精度。本文通过对应答脉冲群的统计分析，推算出此次测角精度的准确性，并根据信号处理后得到的和、差幅度以及符号位的变化趋势，对方位的准确性进行打分，同时通过计算原始应答脉冲群方位的方差，一定程度上可以反应应答脉冲的信号质量。后续航迹处理进行航迹滤波时，根据方位分值以及原始应答脉冲群方位方差实时调整滤波系数，再结合航迹当前的运动趋势，对目标航迹方位进行了修正，相比于修正前的目标方位，修正后的方位更加接近于目标的真实方位。

根据分析比较，本文中的方位修正方法能一定程度修正目标的方位值，改善目标的态势效果。此方法基于目标历史运动轨迹的准确性，在测量方位发生偏差时，使用预测方位修正测量方位，如果历史方位存在较大误差，将降低本方法的改善效果。因此要改善二次雷达的测角精度，还是要在雷达前端中降低信号噪声，提高信号质量。