关于场面监视雷达数据处理方法分析

2020-03-31

中国科技纵横 2020年20期

（中国民用航空中南地区空中交通管理局湖南分局，湖南长沙 410100）

0.引言

机场地面监视雷达是空中交通管制系统的重要组成部分，用于对机场内的飞机和车辆进行监视。该系统使机场管制人员能够实时、准确地监控机场的交通状况，对机场的正常运行起着重要的作用。近年来，随着航空运输的发展，机场地面运输变得越来越复杂，对地面监测的需求也越来越大。雷达数据处理是雷达监测的基础技术之一。通过接收、处理数据跟踪雷达信号形成的目标路径，可以预测目标的运动状态。

1.场面监视雷达的发展和现状

在过去，机场工作人员通过计算机对交通进行监控和控制，这种方法存在着一定的问题，使机场容易受到地理气候的影响。在过去20年，航空运输得到了快速发展，机场交通变得越来越复杂，降落的飞机越来越多，在这种情况下，基于视觉和人工干预的交通管制已经不能满足机场管制的要求。在日益复杂和不稳定的情况下，机场必须采取更有效的方法，更好地管理飞机和地面车辆。

因此，开发机场地面监测雷达是解决机场交通问题、提高机场地面运行效率的最佳途径。雷达将计算机与现代通信和其他先进电子技术结合起来，用于地面监测，实时监控飞机和其他车辆在跑道和停车场的运动。通过在机场适当位置安装场面监视雷达，机场和地面人员可以根据场面监视雷达对机场现场的交通进行准确的控制和引导。机场场面监视雷达将极大地改善地面管制和安全条件，提高地面运行效率，更好地保障机场安全正常运行。

1.1 场面监视雷达的发展

场面监视雷达主要用于监测和监控机场内飞机及车辆的运动情况。在恶劣的天气中，需要通过场面雷达监测来获得关于飞机和车辆位置的信息。随着雷达技术的发展和需求的增加，场面监视雷达在水库大坝防护、海岸监测、重点地区军事设施监督、执勤区域监测和当地机场监督等方面的应用中逐渐发展。

场面监视雷达试点项目的完成，由于是理论研究与工程应用相结合，对于进一步发展国内先进的场面监视雷达具有重要意义。重点抓好雷达监测站和高效的关键技术，积极推动各机场使用场面监视设备。部分机场成功安装的国内自主研发的场面监视雷达实现了中国民航局发布的发展战略重要性，打破了国外技术垄断，提高了国内技术水平，促进了空中管理设备的国产化。

1.2 场面监视雷达产品状态

就雷达监测而言，它基本上是一个雷达发出的电磁波。通过雷达天线对电磁波的吸收和反射，在发射电磁波时引入各种有针对性的传播信号，如异质波、反射信号等。雷达信号处理器对雷达天线接收到的反射回波信号进行处理。机场管理部负责对机场运行进行控制，支持现场监督，促进机场安全高效运行。

1.3 雷达数据处理的研究

雷达数据处理技术是雷达系统的关键技术之一。根据雷达信号处理获得的数据和预测函数平滑的移动路径，目标探测雷达追踪移动目标，形成一个稳定的目标路径和状态信息，如位置、速度等，雷达监测提供目标和预测飞机的运动状态。通过对雷达数据的处理，可以大大降低非均匀波造成的误差，增强雷达信号的处理功能。

近年来，随着雷达技术的飞速发展，雷达数据处理的研究一直是非常重要的。有效的雷达数据处理算法提高了雷达信息的利用率，显著提高了雷达信息的有效性，扩大了雷达信息的范围。因此，数据处理已成为机场监控跟踪系统的重要组成部分。

2.场面监视雷达的数据处理

场面监视雷达系统的信号处理一般包括天线、射频、控制、信号处理、数据采集、数据处理和维护监控。如图1所示。

图1 场面监视雷达信号处理

天线主要在空间中发射电磁波，接收目标回波并将信息编码到起始方向。射频主要用于产生高频电弧。限制幅度，过滤热时间，降低频率增益控制的噪声，输出高频信号。主控系统完成同步生成、处理控制、状态采集和参数配置。信号处理主要包括采样频率的数值变化、频率分集、脉冲压缩、扫描和虚拟报警。绘制路线图确定是否找到目标，模拟视频中角度信号输出的目标数据主要取决于目标的距离、方向和速度。引入干扰因素，降低目标检测能力，提高雷达信号处理的可靠性，提高雷达信号处理的性能。形成了长期稳定的航迹输出，控制和调整了系统各部分的参数。数据处理技术是地面监测雷达的关键环节和步骤。雷达系统的性能直接影响到雷达系统的主要技术指标。场面监视雷达的数据处理技术包括理论、算法处理和技术实现3个方面，促进了雷达的发展。同时，场面监视雷达的理论和实践经验也可以促进其发展。

3.场面监视雷达数据处理方法分析

3.1 场面监视雷达数据处理流程

主要用于场面监视雷达数据处理、预测滤波、平滑、外推道跟踪入境点，包括制导角度、距离、速度、位置等参数，最后形成稳定的轨道出口。

在目标路径中，既要获得有效的目标信息，又要获得复杂的地面同步信息。有用的目标信息可以来自一个或多个目标；目标类型可以是一架飞机或本地车辆。

如何消除静止目标的无线电波信息，提取有用信息，确定目标特征，确定飞机或车辆、地面目标的轨迹，保证实时监测的发展，已成为雷达监测和数据处理的关键技术。

3.2 数据关联

数据关联的目的是尽量减小非均匀波复杂条件的影响，获得轨迹的正确对应关系。数据的组合分为2个阶段。首先，根据历史航迹预测的监控范围、目标运动特性和点航迹参数，建立相应的航迹，关联度为相关数据点。其次，不确定现有的入口是否是临时的，或者需要新的轨迹。由于数据间的相关性，可以最大限度地滤除杂波，减少杂波干扰造成的假轨。

3.3 滤波预测

滤波预测是雷达图像监测数据处理的重要步骤之一。通过提取目标的距离、角度、速度位置和运动参数，对预测进行滤波，减少目标区域的测量误差，用于估计当前飞机的轨迹的位置、速度和加速度。在此基础上，对目标的运动状态进行2次预测，并对目标的运动状态进行适当滤波。

3.4 轨迹管理

完成后，对雷达数据处理功能进行现场监测。任何数据处理过程包括跟踪管理、启动和分配跟踪、判断。首先，联系入口，确定轨迹是否成功，对轨迹进行相应处理，并根据轨迹类型新建轨迹，与预测轨迹相结合，估算出相对的进、出轨迹。如果轨迹超过外推阈值，则意味着轨迹入口丢失或目标停止更新运动状态，轨迹终止。其次，将多次失败的临时轨迹和新建轨迹视为虚拟轨迹，通过删除临时轨迹和新建轨迹确定最终目的地。