STAR2000型空管一次雷达杂波抑制浅析

2021-12-24王晓松

科学与信息化 2021年30期

王晓松

华北空管局北京 100621

1 概述

雷达信号处理中杂波抑制是一个非常重要的处理过程，其核心是杂波抑制方法的设计，同时设计方法的工程实现也至关重要。雷达杂波有许多种分类：根据产生杂波的物体不同可分为地杂波、海杂波和气象杂波等；根据雷达杂波产生的原因不同可分为主瓣杂波和旁瓣杂波等；根据有无信号源可分为有源杂波和无源杂波；根据反射回波的方式不同可分为面杂波和体杂波等；根据杂波相对于雷达有无速度可分为地杂波（无相对运动）和动杂波（有相对运动）。杂波抑制器是用于避免一次雷达形成初始虚假航迹的重要工具，其工作主要基于原始点迹（未确认为航迹）形成的距离方位波门图来实现。杂波抑制是一次雷达策略管理的重要环节，同时也是抑制虚警率的重要手段。杂波抑制器的主要功能包括[1]：①降低虚警率、②减小航迹初始延迟、③提高检测概率和④提高检测精度。

2 杂波抑制

2.1 杂波抑制图的生成

信号处理将雷达探测区域按照距离方位划分为多个网格单元，0号滤波器输出形成探测范围内的杂波图。如下图1所示：

图1 杂波图（滤波器0输出）

每个单元（锁定或未锁定）的状态取决于所接收到的“未确认一次点迹”（即未与任何确认航迹相关的点迹）的数量。其中锁定单元被用于如下处理过程：①锁定单元比未锁定单元附近区域的航迹初始化准则更为严格。②根据与锁定单元之间的距离，为一次点迹设置点迹幅度值（弱杂波、强杂波）。③该点迹幅度值依据判断准则判别是否使用该点迹，该杂波点迹不用于初始化新航迹,仅用于生成一次航迹更新的限制条件。

2.2 杂波抑制图的更新

2.2.1 基本原理。杂波抑制单元是通过设置起始和终止距离参数来确定，同时每个单元都具有点迹判别技术功能。对于STAR2000雷达而言，杂波抑制单元的大小为：方位：0.29°（0.005弧度），距离：40m。当点迹特征符合下列情况时，确认为在杂波抑制单元中出现一次点迹： ①该点迹为位于杂波抑制单元内的独立一次点迹；②该点迹用于产生一个新的一次航迹；③该点迹不用于确认航迹的更新；④该点迹不是SITE MONITOR回波或测试点迹；⑤该点迹不位于机场区域。当点迹抑制器接收到一个点迹时，会对该点迹所在距离、方位单元以及相邻8个单元的计数器进行更新。

2.2.2 基本准则。当距离方位单元的计数器值为0（准备进行第一次更新）时，更新后的计数器值为：

A.计数器值=1分钟的扫描数

B.更新时间=当前时间

当距离方位单元的计数器值＞ 0时（不是第一次更新），更新后的计数器值为：

A.计数器值=计数器初值+30分钟的扫描数

这意味着当杂波图单元中第一次检测到一个点迹，如果后续没有新的点迹被检测到，那么计数器就会在1分钟后对单元进行复位。这就使得起飞或进入雷达探测范围的飞机能够无延迟的进行航迹的初始化。为了确保机场场面飞机的能够进行航迹的初始化，建议在定义的机场区域不要使用杂波抑制处理[2]。

2.3 杂波抑制图的锁定准则

当满足同时如下两个条件时，杂波抑制图单元会被锁定，不会进行更新：条件1：杂波抑制图单元计数器不为“空”；条件2：杂波抑制图单元创建时间+等待时间＜当前时间。

条件1是杂波抑制单元接收到1个或多个点迹，即在过去的一分钟内接收到1个点迹，或过去的30分钟内接收到超过两个点迹。条件2是为了避免当飞机正在穿过杂波抑制单元时，锁定该单元。

2.4 杂波点迹识别

所有的一次点迹在形成航迹前都会先进行杂波识别处理。当满足如下条件时，该点迹就可能会标识为杂波[3]：①该点迹为一次雷达点迹；②该点迹处于杂波图网格的某个单元中；③该点迹不是信标信号点迹或测试点迹；④该点迹不在NAI区域或BLANKING区域内。⑤该点迹不在机场区域内。

对于每个点迹，计算所有最近的锁定单元与点迹的归一化距离，并保存最小距离。当最小距离足够大时，该点迹标识为无杂波点迹，否则被标识为弱杂波或强杂波点迹。

表1 归一化距离与杂波等级对照表

在杂波抑制器网格外的所有单一次雷达点迹都被标记为无杂波，二次雷达点迹总是标记为无杂波。如图2所示：

图2 杂波等级示意图

2.5 杂波点迹使用限制

杂波等级识别的功能可以在一次雷达航迹初始化的过程中限制周围一次雷达点迹的相关处理，也就是说可以限制与已有航迹进行相关的点迹数量。

通过以下的准则可以对具备点-航迹相关条件的一次点迹进行自动屏蔽：A.对用于航迹初始化的点迹进行标识，杂波点迹标识为NAI点迹。B.对用于航迹更新的点迹进行屏蔽。在航迹更新过程中，点迹的选择是按照如下优先级进行，首先为无杂波点迹，其次为弱杂波点迹，最后为强杂波点迹。C.在航迹更新中大多数情况下会将强杂波点迹完全屏蔽，仅在杂波锁定模式时，才会使用强杂波点迹。