摘要：針對目前地面雷達數(shù)據(jù)處理中存在的目標多，機動性強，地面雜波強，虛警率高等問題，采用并設計了解速度模糊、點跡凝聚、航跡處理等算法，結合軟件編程技術，對信號處理后的數(shù)據(jù)進行綜合處理，經過雷達外場鑒定試驗測試，數(shù)據(jù)處理使雷達的發(fā)現(xiàn)概率、虛警率、方位距離精度、速度分辨力等指標各提高了約十個百分點。
關鍵詞：雷達數(shù)據(jù)處理；點跡凝聚；航跡處理；解速度模糊

0 引言
    數(shù)據(jù)處理作為雷達系統(tǒng)的一個重要組成部分，可以看成是雷達信號處理的后處理過程，可以對信號處理后的數(shù)據(jù)進行篩選，并且從零星探測的小目標進行綜合分析，消除由雜波、虛假目標、干擾目標、誘餌目標等造成的虛假檢測，提高對目標的發(fā)現(xiàn)概率，降低虛警率，對目
標建立航跡，并預測目標運動方向、位置的后果，其精度和可靠性都高于雷達的一次觀測，改善雷達信號處理結果，使雷達的使用價值和性能得以提高。
    早期的雷達數(shù)據(jù)處理方法有最小二乘法、現(xiàn)代濾波理論、Kalman濾波、機動目標跟蹤方法等。
    目前對雷達數(shù)據(jù)處理的研究，特別是航跡處理部分，大多都是對付空中目標和海上目標的，這樣的目標機動性不強，背景簡單，容易預測航跡。而地面目標具有強機動性、情況復雜、目標種類繁多、同一范圍內目標遮擋等環(huán)境干擾因素較多，這些對目標的檢測、歸并、凝聚、建航都提出了高的要求。需要對以前在航空和航海領域應用較多的航跡處理方法進行發(fā)展和完善，發(fā)展出適合強機動目標的改良算法。
    隨著信息技術的發(fā)展，雷達數(shù)據(jù)處理的研究有以下幾個發(fā)展方向：弱小目標的自動跟蹤，可利用幀間濾波、檢測前跟蹤和先進算法來提升自動跟蹤性能；高速計算與并行處理；多傳感器信息融合與控制一體化；搜索、跟蹤、引導、識別與指揮一體化。

1 數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)設計
    雷達數(shù)據(jù)處理采用計算機作為載體，通過編寫數(shù)據(jù)處理軟件來實現(xiàn)，計算機能夠非常靈活地完成各種類型的數(shù)據(jù)處理工作；數(shù)據(jù)處理的軟件化也能使整個雷達系統(tǒng)的兼容性和可擴展性更強，功能更完善，界面更友好。
    數(shù)據(jù)處理軟件完成的功能主要包括：采集數(shù)據(jù)(信號處理的目標數(shù)據(jù)、定北數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù))，對信號處理后的目標數(shù)據(jù)進行格式轉換、點跡凝聚等優(yōu)選目標數(shù)據(jù)后形成更加準確、精確的目標點跡數(shù)據(jù)；對點跡數(shù)據(jù)進行航跡處理后形成目標的航跡；把處理后的目標點跡、航跡數(shù)據(jù)進行輸出。數(shù)據(jù)處理功能如圖1所示。

    在研究和參考已有雷達數(shù)據(jù)處理算法的基礎上，對模擬目標數(shù)據(jù)、同類型其他雷達試驗中錄取的實際目標數(shù)據(jù)進行了仿真處理，根據(jù)處理結果，對已有算法進行修改完善，以適用本雷達技術特點和指標的要求。

2 點跡形成的算法設計
    由于雷達波束在連續(xù)掃描時，波束波瓣有一定寬度，至少有好幾個脈沖連續(xù)掃到目標，每個脈沖都對應一個方位值，同一目標被捕捉到多次，多次捕獲目標時的方位值都不同，這就造成了方位角的分裂程度較大。因此需要把一次掃描中同一目標的多個點跡凝聚成一個點跡。
先在距離上進行凝聚，得到水平波瓣內不同方位上的距離值；再在方位上凝聚，可獲得惟一方位估計值；然后把距離值進行線性內插獲得惟一的距離估計值。
    (1)同一目標在距離上的凝聚處理，需將在距離上連續(xù)或間隔一個量化單元的點跡按照式(1)求取質心，將質心作為目標點跡的距離估計值：
   
    式中：n為目標的點跡個數(shù)；Ri，Vi分別為第i個目標點跡的距離和回波幅度值。
    (2)同一目標在方位上的凝聚處理，需將在方位上相鄰的點跡按照式(2)求取質心，將質心作為目標點跡的方位估計值，此值即目標點跡的惟一估計值。
   
    式中：n為目標的點跡個數(shù)；Ai，Vi分別為第i個目標點跡的方位和回波幅度值。
    (3)用式(1)計算出目標在各個方位上的距離值，并不是目標點跡距離的惟一估計值，需要根據(jù)目標方位估計值落入的位置來求距離惟一的估計值。設方位估計值在距離估計值的第i和i+1點之間，求距離惟一估計值的內插公式為：
   
    式中：Ro'為目標點跡距離的惟一估計值；Ao為目標點跡方位的惟一估計值；Ri+1，Ri，Ai+1，Ai分別為第i+1和i點跡的距離及方位值。此時即獲得惟一的距離、方位估計值。

3 航跡處理的算法設計
    單一而雜亂的目標點跡數(shù)據(jù)不利于操作員的判讀，需要通過對目標點跡進行處理和預測后形成該目標航跡，通過相關和航跡質量管理等處理，降低虛警，提高雷達的綜合檢測能力。航跡的處理包括航跡的起始、航跡的預測、目標航跡和新目標點跡的相關、航跡的形成、航跡的終止。
3．1 航跡的起始
    航跡起始的快速要求與較高的成功概率是相互矛盾的，滑窗檢測法由于具有計算量小和可用蒙特卡洛法進行分析的優(yōu)點，因而被許多系統(tǒng)采用。在航跡起始反應時間小于系統(tǒng)指標的要求下，可采用m／n邏輯滑窗檢測法，即在n次掃描中至少應該有m次和該暫時航跡相關的目標點跡，常用準則如表1所示。

3．2 航跡預測和濾波算法
    航跡預測是在本次航跡濾波值的基礎上根據(jù)目標運動模型來估計目標未來的狀態(tài)，濾波用來估計目標當前的運動參數(shù)(方位、距離、速度、運動方向、加速度等)，把本次互聯(lián)的目標點跡和預測航跡估計合并進行處理，以形成新的目標運動參數(shù)。
    常用的濾波算法有最小二乘法、α—β濾波和Kal-man濾波算法。Kalman濾波是根據(jù)最小均方誤差準則建立起來的估計方法，適用于有限觀測間隔的非平穩(wěn)過程。在目標機動運動時，Kalman濾波的性能就要優(yōu)于其他濾波方法，基于Kalman濾波的各種自適應濾波與預測方法，包括重啟濾波增益序列、增大輸入噪聲方差、增加目標狀態(tài)維數(shù)、在跟蹤濾波器之間切換等。
3．3 點跡和航跡相關處理
    點跡是雷達獲取的目標位置坐標，可能是現(xiàn)有目標航跡的新目標數(shù)據(jù)、新目標的第一次發(fā)現(xiàn)，甚至可能是虛假目標。需要把這些點跡與已有的目標航跡進行相關處理，以確定這些點跡是現(xiàn)有目標航跡的新數(shù)據(jù)，或是新目標的第一次發(fā)現(xiàn)。
    航跡相關算法中的兩個主要方面是確定正確的波門形狀大小和航跡相關配對算法。
    (1)相關波門是以航跡的預測位置為中心，用來確認該目標點跡可能出現(xiàn)范圍的一塊區(qū)域，它的選擇直接影響到航跡質量。確定相關波門大小應該充分考慮各個相關因素，如目標模型誤差、傳感器探測誤差、目標的運動速度和機動規(guī)律、雷達掃描周期，目標航跡的質量等。根據(jù)天線掃描參數(shù)確定得到目標點跡數(shù)據(jù)的周期，再根據(jù)目標航跡的較穩(wěn)定速度和點跡速度設計大、小兩個波門，并且在有新數(shù)據(jù)更新時動態(tài)調整。
    (2)點跡和航跡相關配對的最靠近準則規(guī)定，最靠近目標預測位置的那個點跡與航跡相關的概率最大。假設P1，P2分別表示新接收的點跡，s1，s2分別表示航跡預測位置，那么可能的點跡和航跡關聯(lián)配對是(P1-s1，P2—s2)或者(P1—s2，P2—s1)。用vij=Pi—sj表示偏差，且表示標準偏差，則偏差具有零均值高斯概率密度，應考慮如下檢驗：

    計算雷達在本次掃描中獲取點跡和航跡的距離，建立一個分配表，包括全部可能的點跡和航跡配對數(shù)據(jù)；然后按分配表計算點跡和航跡的統(tǒng)計間隔等參數(shù)，去掉重復使用的點跡；最后根據(jù)最靠近準則將航跡和點跡配對，以確定點跡與航跡是否相關。如果只有一個點跡位于航跡波門以內，且該點跡沒有位于其他航跡波門之內，則該點跡和該航跡相關，然后用該點跡更新航跡。如果多個點跡在航跡波門之內，或者點跡位于多個波門之內，則需要更進一步地進行相關邏輯處理，按照惟一性原則，即在一次掃描中，一個點跡只與一個航跡相關，一個航跡也只與一個點跡相關。處理方法為：航跡相關波門內只有惟一點跡的直接相關，點跡只在一個相關波門內的直接相關，這些航跡和點跡不再與剩余的點跡和航跡相關；循環(huán)處理掉相關上的航跡和點跡，最后對剩余的航跡和點跡取最小距離的點跡和航跡與之相關。
    如果新的目標點跡能夠與已知目標航跡相關，就要利用新的目標點跡去更新和改善對目標位置和速度的估計。
3．4 航跡管理
    不能和已有航跡相關的目標點跡如果能與自由點跡之間相關起來，可以起始成新的航跡，但這個航跡只是雛形，稱為暫時航跡。只有在足夠次數(shù)的新目標點跡與該暫時航跡相關后，才將其屬性設置為穩(wěn)定航跡進行正常處理。
    目標航跡的起始、維護、撤銷一般通過航跡編號來實現(xiàn)，與給定航跡相聯(lián)系的所有參數(shù)都以其航跡號作為參考，一方面在航跡管理中標記航跡，用作航跡相關處理，另一方面可事后統(tǒng)計分析航跡處理效果，還能借助于航跡號的管理來描述戰(zhàn)場態(tài)勢。航跡的確認過程使用航跡質量為指標進行評估，選擇出最優(yōu)起始、刪除準則后，可以將準則制定成相應的航跡質量管理系統(tǒng)，然后用記分法表述。
    航跡管理的設計：當新目標點跡不能和已有航跡相關，并能夠與自由點跡相關時，可以起始成新的航跡，并分配航跡號，賦予的航跡質量為3；航跡質量最大值為10；每次有新的點跡能和該航跡相關時質量加1；一個掃描周期內都沒有新點跡能和該航跡相關時質量減1；航跡質量超過5時，認為是穩(wěn)定航跡，只有穩(wěn)定才輸出給操作員觀測；航跡質量小于2時撤銷該航跡。航跡處理流程如圖2所示。

4 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的實現(xiàn)
    數(shù)據(jù)處理軟件的實現(xiàn)使用Visual C++進行編碼。首先建立軟件項目工程，對軟件系統(tǒng)和配置文件等做一些初始化工作。內容包括：得到可執(zhí)行程序存儲路徑、讀取最新設置的系統(tǒng)參數(shù)、讀取調試開關的值、讀取配置文件等。初始化硬件設備。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與雷達其他設備有硬件接口，需要與這些設備進行數(shù)據(jù)通信，在正確使用這些設備前需要對其進行初始化操作：包括電臺、電子地圖系統(tǒng)、信號處理板、衛(wèi)星導航接收機等。軟硬件初始化后即進入目標數(shù)據(jù)的處理模式，在該部分完成軟件的幾乎所有功能。數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

5 結語
    結合實際工作中的研制項目，通過對雷達數(shù)據(jù)處理方法的研究，設計了目標數(shù)據(jù)預處理、點跡凝聚、點跡形成、航跡處理等算法。對數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實現(xiàn)的整個過程做了描述，包括系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)方法。在Windows操作系統(tǒng)下，使用Visual C++6．0完成了雷達數(shù)據(jù)處理軟件的開發(fā)，實現(xiàn)了該雷達的數(shù)據(jù)處理功能，并通過參與雷達整機的一系列的試驗，驗證了這些數(shù)據(jù)處理方法能夠提高雷達的性能。