基于时空相关性的雷达杂波滤除方法

畅 言 蔡兴雨 罗利强 杨 璇

(西安电子工程研究所 西安 710100)

0 引言

当前雷达抑制杂波的思路是在雷达信号处理分系统上，常见采用的方法是动目标显示技术(MTI)、动目标检测技术(MTD)、数字脉冲压缩技术以及恒虚警检测(CFAR)等。但是在特殊的情况下，如工作环境特别恶劣时，用这些方法远远达不到理想的效果。严重时数据处理分系统工作不正常，计算机饱和。参考文献[3]提出了利用回波宽度判断、幅度判断、多普勒速度判断、滑窗法判断等处理所出现杂波的方法，这种方法不适应杂波特别强的时候。参考文献[4]提出了建立杂波图网格，计算各单元点迹密度，进行杂波区域判断，但是此方法仅在数据处理上考虑，为距离、方位二维划分，不够精确，另外对移动的杂波没有识别能力。

1 新方法原理

本方法针对雷达装备杂波识别的需求，为一部方位机械扫、俯仰相控、全固态脉冲多普勒雷达设计了基于一次点时空相关性的杂波点滤除方法，在不影响真实目标情况下，对动杂波和静杂波进行了滤除，减轻了数据处理的负担，抑制了虚假航迹，终端显示也更加精确。新方法主要包括航迹相关处理、静杂波识别和动杂波识别三部分。

1.1 航迹相关处理

将信号处理传过来一次点迹极坐标(R,A,E)转化为空间直角坐标(x,y,z)，然后将数据处理传过来的航迹极坐标(hj_R,hj_A,hj_E)也转换为空间直角坐标系(hx,hy,hz)，将航迹依据时间间隔ΔT=t一次点-t航迹,航迹速度vx、vy、vz进行外推，得

wt_x=hx+vx·ΔT

(1)

wt_y=hy+vy·ΔT

(2)

wt_z=hz+vz·ΔT

(3)

然后将航迹外推后的直角坐标(wt_x,wt_y,wt_z),转化到极坐标系(wt_r,wt_a,wt_e)进行波门相关，bomen_r、bomen_a、bomen_e为波门距离、方位和俯仰方向的大小，如果

bomen_r<(R-wt_r)

(4)

bomen_a<(A-wt_a)

(5)

bomen_e<(E-wt_e)

(6)

则落在波门之内，不进行后面的静杂波和动杂波的判断，一次点迹被识别为目标点；如果在波门之外则进行下一步静杂波和动杂波识别。

1.2 动杂波识别

将雷达观测空间根据单位距离R0、方位A0、俯仰E0划分为单位大小的网格区间，如图1和图2所示。

图1 空间网格划分

图2 空间单位网格

距站心由近及远进行排序，赋予每个网格序号(i,j,k)，其中i为距离上的序号，j为方位上的序号，k为俯仰上的序号，按照相应的序号，我们可以定位到空间的相应区域，根据公式

(i-1)·R0≤R

(7)

(j-1)·A0≤A

(8)

(k-1)·E0≤E

(9)

得到一次点迹数据(R,A,E)的所在空间的序号(i,j,k)，而每个空间相邻序号的区域包括本区域总共有27个，相应序号分别为距离序号(i-1,i,i+1),方位序号(j-1,j,j+1),俯仰序号(k-1,k,k+1)的组合，如果一次点迹落入空间序号(i,j,k)的区域，则将此区域积累点数

Num(i,j,k)=Num(i,j,k)+1

(10)

如果Num(i,j,k)>Num0，其中Num0为动杂波区阀值。而且时间差(t(R,A,E)-t(i,j,k))<Δtmax，Δtmax为空间区域累积点迹最大时间差，t(R,A,E)为新来的一次点时间，t(i,j,k)为空间区域(i,j,k)为上一次更新的一次点迹时间，则该区域置为动杂波区，然后区域时间更新为t(R,A,E)，落入的一次点迹识别为动杂波，否则Num(i,j,k)=1，动杂波区标志也置为0，也就是区域不再成为动杂波区，更新区域的时间为t(R,A,E)，落入的一次点迹状态不变，为可建航点迹。

空间上相邻区域进行同样的积累点数、更新时间、动杂波识别，杂波区重置等，这样可以识别在空间相邻区域慢速移动的杂波。

1.3 静杂波识别

在空间区域划分上与动杂波是完全相同的，但静杂波识别仅识别本区域的一次点迹数目，并不影响其它相邻区域，在固定的时间间隔T内超过静杂波区点迹数目阀值Num的区域，定义为静杂波区，将所在区域的序号存在静杂波表中。每次开机后进行读取，如果在航迹相关处理中，一次点迹未被判断为目标点的情况下，落入静杂波区直接判定为静杂波,不再进行动杂波识别。

2 方法步骤

步骤1：初始化阶段。初始化相关结构体数据，将空间以单位距离、方位、俯仰划分为若干个区域，并建立网络收发任务，接受终端参数控制。

步骤2：接收一次点迹，生成静杂波表。

步骤3：接收一次点迹和航迹，航迹进行外推，选择波门进行关联，关联上的点迹为目标点，不进行后续区域积累，关联不上的继续进行下一步。

步骤4：读取静杂波表，静杂波识别。

步骤5：查找区域，动杂波识别。

步骤6：更新点迹所在空间上的杂波区，空间上距离、方位、俯仰相邻的区域均进行更新。

步骤7：发送所有一次点迹。

下面以某雷达为例，说明本方法的具体实施。

本方法应用在预处理板上，预处理硬件平台选用X86架构的CPCI单板机，CPU2.16G，内存1G，存储器集成在单板机上。软件平台的操作系统是Vxworks5.5，开发环境是Tornado2.2，软件语言是标准C语言。

预处理板接收雷达信号处理发送一次点迹、雷达终端发送的控制信息、数据处理发送的航迹。输出经过杂波识别后的一次点迹，如图3所示。

图3 处理框图

首先接收终端发来的控制信息，包括单位区域如何划分，相邻两次更新相关的最大时间差，距离、方位、俯仰上的是否更新相邻区域的杂波区的信息，是否开启按区域进行滤波，是否进行杂波区清空。

在雷达的探测范围内，对空间区域进行划分，划分为若干个单位大小的小区域，每个小区域包括自己和空间上相邻的数目一共是27个区域，每个区域上进行杂波的积累数目变化，每次雷达开机时进行初始化，每个小区域初始的积累值均为0，同时系统启动辅助时钟。

其次生成静杂波表，静杂波表是每到一个新区域，对这个区域的状况进行一个较长时间的积累，单位时间累积的点数目超过阀值的区域可以定位为杂波区，杂波区的区域划分和动杂波区域划分是一致的，将超过阀值杂波区号保存在一张表上，每次雷达开机时可以进行读取。每次雷达转移阵地后，需要重新学习一次并保存。

接着接收一次点迹和航迹，首先查找一次点迹所在的方位区和相邻方位区的航迹，将航迹按照预测速度进行外推，时间差值为点迹和航迹的GPS绝对时间之差，根据模式的不同，选择不同的波门，如果一次点在航迹外推值的波门之内，则点迹被识别为目标点，否则进行下一步。

没有关联上的一次点迹首先进行静杂波点识别，根据读取静杂波表上的区域，一次点若落入表里标注的区域，则识别为静杂波点，静杂波点和动态杂波标志不一样。杂波代表客观不移动的一些杂波。

如果一次点没被关联上且不是静杂波，则进行区域查找。根据点的距离、方位、俯仰，查到所在的区域序号。如果区域是杂波区则直接判定为动杂波，否则继续为可建航点迹。

对查找到的区域各个方向上相邻的区域和自己本身进行遍历(在所有区域外的相邻区域不进行处理)，相邻也可以控制，具体可以指定为距离相邻、方位或俯仰相邻，或其中的组合。如果辅助时钟当前时间和区域上一次更新时间差值大于指定的时间，则对区域历史积累值进行清空，重新进行积累，时间也进行更新，否则在之前基础上累加，累积的数目最大不能超过指定的阀值，当区域累积值超过阀值后，从下一圈开始所有落入且没有被关联上和非静杂波的一次点被识别为动杂波。如果区域没有超过阀值则落入的一次点迹识别为可建航点。

最后对所有一次点迹进行发送，其中状态包括静杂波点，动杂波点，目标点和可建航点迹。

3 处理结果

外场试验时，未加预处理板前，雷达一圈信号处理传过来一次点迹如图4所示，雷达工作不正常，虚假航迹特别多如图7所示。

增加预处理板后，雷达滤除掉的杂波(包括动杂波和静杂波)如图5所示，占总点数比65%～70%，剩下的可建航点迹如图6所示，雷达后续工作正常如图8所示。

图4 信号处理点迹

图5 滤除的杂波点迹

图6 滤除杂波后点迹

图7 滤除杂波前航迹

图8 滤除杂波后航迹

4 结束语

综上所述，本方法采用了基于一次点时空相关性的杂波点滤除方式，应用在预处理板上，通过动、静杂波识别，减轻了数据处理负担，提高了航迹的精度，提高了终端显示的准确度，与此同时最大程度保留了目标信息，具有较高的工程应用价值。