CN102928823B - 基于二次雷达应答信号相关特征的海杂波抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及二次雷达通信技术领域，本发明公开了一种基于二次雷达应答信号相关特征的海杂波抑制方法，其具体包含以下步骤：将受到海杂波影响的探测目标计算其真实应答信号和受海杂波效应的反射信号之间的相对时间差，根据不同相对时间差的码位值演变方式，生成与真实目标相对应的目标航管代码并保存；将真实目标航管代码与历史探测点迹数据进行代码相关，相关成功后对探测目标航管代码进行纠码。通过上述海杂波抑制方法，将海杂波效应影响后的航管代码进行纠码，将受到海杂波效应影响的航管代码还原成真实的航管代码，在岸基二次雷达及舰载二次雷达中应用时，能提高监视目标的数据质量，增强了二次雷达系统的可靠性及稳定性。

Description

基于二次雷达应答信号相关特征的海杂波抑制方法
技术领域
本发明涉及二次雷达通信技术领域，尤其涉及一种基于二次雷达应答信号相关特征的海杂波抑制方法。
背景技术
 在复杂的海洋环境中，对飞行目标的监视有一次雷达、二次雷达、ADS-B、ADS-C等多种监视手段，这些手段互为补充，为海上飞行目标监视提供了可靠的信息技术支撑，由于二次雷达成本较低、能实现主动探测等优势，在整个海上飞行目标监视系统中，二次雷达都是一种不可或缺的技术手段，但由于受海杂波严重影响，导致目标的数据质量严重降低，如何准确、高效地对受影响的目标航管代码进行定位并进行纠码一直是该技术领域的难题。
海杂波效应通常是指电磁波经海洋表面散射后的回波。海杂波的存在严重干扰了雷达对靠近或位于海域目标的探测性能，因此，海杂波抑制技术的研究对海域雷达目标信号处理技术的发展具有显著的促进作用，尤其对国内舰载雷达系统的长远发展具有更为深远的意义。近二十年来，国内外对一次雷达海杂波抑制技术的研究取得了丰硕成果，并成功地应用到一次雷达目标检测领域中，然而对二次雷达海杂波抑制技术的研究仍处于空白状态。
针对现有技术中广泛应用的二次雷达技术，有必要提供一种二次雷应答信号相关特征的海杂波抑制方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中在二次雷达领域没有一种有效的海杂波抑制方法，提供一种基于二次雷达应答信号相关特征的海杂波抑制方法。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种基于二次雷达应答信号相关特征的海杂波抑制方法，其具体包含以下步骤：
步骤1.航迹处理模块中保存历史探测点迹数据，根据历史探测点迹数据判断新探测目标是否受到海杂波影响，如果受到海杂波影响，则进行步骤2，否则将新探测目标加入到历史探测点迹数据，完成本次探测目标处理；
步骤2.将受到海杂波影响的探测目标计算其真实应答信号和受海杂波效应的反射信号之间的相对时间差，根据不同相对时间差的码位值演变方式，生成与真实目标相对应的目标航管代码并保存；
步骤3.将步骤2生成的真实目标航管代码与历史探测点迹数据进行代码相关，相关成功后对探测目标航管代码进行纠码，纠码过程为步骤２中码位值演变过程的逆过程，并将纠码后的航迹加入到历史探测点迹数据，完成本次处理，相关不成功则将本次新探测目标保存。
更进一步地，上述步骤2中受海杂波效应影响的反射信号和真实应答信号之间的相对时间差为1.45*N±0.1 us时，反射信号会影响真实应答信号，其中N为1至4的正整数。
更进一步地，上述步骤１中计算其真实应答信号和受海杂波效应的反射信号之间的相对时间差包括：找出反射点，根据反射点计算出直射线和反射线的波程差，根据波程差计算出真实应答信号和受海杂波效应的反射信号之间的相对时间差。
更进一步地，上述找出反射点的具体过程为解3次方程：
Figure 2012104231932100002DEST_PATH_IMAGE001
得到，
Figure 868450DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，
Figure 910225DEST_PATH_IMAGE004
，
其中，G为天线、目标分别对应的地面投影点之间的曲线长，G 1为目标地面投影点到反射点的曲线长，G 2为天线地面投影点到反射点的曲线长，h 1为目标高度，h 2为天线高度，α e为效地球半径。
更进一步地，上述在找到反射点后计算直射线和反射线的波程差具体为：
Figure 2012104231932100002DEST_PATH_IMAGE005
，其中
Figure 313131DEST_PATH_IMAGE006
为反射点到目标之间的距离，为反射点到天线之间的距离，
Figure 770657DEST_PATH_IMAGE008
为天线到目标之间的距离，
Figure 2012104231932100002DEST_PATH_IMAGE009
为反射点水平线与
Figure 647346DEST_PATH_IMAGE007
之间的夹角。
更进一步地，上述根据历史探测点迹数据判断新探测目标是否受到海杂波影响具体为：将新探测目标的位置与航迹进行位置相关，如果相关成功则判定新探测目标没有受到海杂波效应影响，否则，判定新探测目标受到海杂波效应影响。
本发明的有益效果：通过上述将海杂波效应影响后的航管代码进行纠码，将受到海杂波效应影响的航管代码还原成真实的航管代码，在岸基二次雷达及舰载二次雷达中应用时，能提高监视目标的数据质量，增强了二次雷达系统的可靠性及稳定性。本发明的方法在不增加硬件成本的前提下，能够大大提高海杂波中弱小目标的检测能力，在复杂的海洋环境中，该方法利用目标应答信号相关特征，可以实时、准确地判定目标点迹数据的置信度，并根据受海杂波效应影响航管代码的演变规律对误码进行纠码，能提高二次雷达监视系统目标点迹数据质量，增强系统目标识别概率及可靠性。
附图说明
图1为二次雷达受海杂波效应影响后的信号反射图。
图2为二次雷达应答信号脉冲组成序列图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，详细说明本发明的具体实施方式。
本发明公开了一种基于二次雷达应答信号相关特征的海杂波抑制方法，其具体包含以下步骤：
步骤1.航迹处理模块中保存历史探测点迹数据，根据历史探测点迹数据判断新探测目标是否受到海杂波影响，如果受到海杂波影响，则进行步骤2，否则将新探测目标加入到历史探测点迹数据，完成本次探测目标处理；
步骤2.将受到海杂波影响的探测目标计算其真实应答信号和受海杂波效应的反射信号之间的相对时间差，根据不同相对时间差的码位值演变方式，生成与真实目标相对应的目标航管代码并保存；
步骤3.将步骤2生成的真实目标航管代码与历史探测点迹数据进行代码相关，相关成功后对探测目标航管代码进行纠码，纠码过程为步骤２中码位值演变过程的逆过程，并将纠码后的航迹加入到历史探测点迹数据，完成本次处理，相关不成功则将本次新探测目标保存。
通过上述将海杂波效应影响后的航管代码进行纠码，将受到海杂波效应影响的航管代码还原成真实的航管代码，在岸基二次雷达及舰载二次雷达中应用时，能提高监视目标的数据质量，增强了二次雷达系统的可靠性及稳定性。本发明的方法在不增加硬件成本的前提下，能够大大提高海杂波中弱小目标的检测能力，在复杂的海洋环境中，该方法利用目标应答信号相关特征，可以实时、准确地判定目标点迹数据的置信度，并根据受海杂波效应影响航管代码的演变规律对误码进行纠码，能提高二次雷达监视系统目标点迹数据质量，增强系统目标识别概率及可靠性。
 更进一步地，所述步骤2中受海杂波效应影响的反射信号和真实应答信号之间的相对时间差为1.45*N±0.1 us时，反射信号会影响真实应答信号，其中N为1至4的正整数。在处理过程中，距离最近的即为真实目标代码，与真实目标时间差较大的目标代码，其测算目标距离也较大，可以滤除，根据多次的试验验证，对真实代码造成影响的时间差为 1.45 us±0.1 us、2.9 us±0.1 us、4.35 us±0.1 us及5.8 us±0.1 us的虚假目标代码，因此，这四个虚假的目标代码会与真实代码交叠，造成某个码位值的错误。因此，只需要对时间差在上述时间内的才进行后续的判断，减少了系统开销。根据实验验证，在Ｎ分别等于１至４时，其相对时间差别分别在1.45 us±0.1 us、2.9 us±0.1 us、4.35 us±0.1 us及5.8 us±0.1 us时，二次雷达应答信号脉冲组成序列如图2所示，四种相对时间差的码位值演变公式如下表所示。
真实航管代码 F1 C1 A1 C2 A2 C4 A4 X B1 D1 B2 D2 B4 D4 F2
1.45us±0.1us F1 1 C1 A1 C2 A2 C4 X 0 B1 D1 B2 D2 B4 F2
2.9 us±0.1 us F1 A1 C2 A2 C4 A4 0 X D1 B2 D2 B4 D4 1 F2
4.35 us±0.1 us F1 0 1 C1 A1 C2 A2 X A4 0 B1 D1 B2 D2 F2
5.8 us±0.1 us F1 A1 C2 A2 C4 A4 0 X D1 B2 D2 B4 D4 1 F2
更进一步地，上述步骤１中计算其真实应答信号和受海杂波效应的反射信号之间的相对时间差包括：找出反射点，根据反射点计算出直射线和反射线的波程差，根据波程差计算出真实应答信号和受海杂波效应的反射信号之间的相对时间差。找出反射点后，再根据简单的几何或三角分析求出波程差，只要找到波程差就可以快速地计算出相对时间差，上述计算方法简单易行，系统开销小。
更进一步地，上述找出反射点的具体过程为解3次方程：
Figure 33590DEST_PATH_IMAGE001
得到
Figure 300623DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，
Figure 293036DEST_PATH_IMAGE004
，
其中，G为天线、目标分别对应的地面投影点之间的曲线长，G 1为目标地面投影点到反射点的曲线长，G 2为天线地面投影点到反射点的曲线长，h 1为目标高度，h 2为天线高度，α e为效地球半径。
更进一步地，上述在找到反射点后计算直射线和反射线的波程差具体为：，其中
Figure 103046DEST_PATH_IMAGE006
为反射点到目标之间的距离，
Figure 840058DEST_PATH_IMAGE007
为反射点到天线之间的距离，为天线到目标之间的距离，
Figure 422316DEST_PATH_IMAGE009
为反射点水平线与
Figure 663941DEST_PATH_IMAGE007
之间的夹角。通过上述公式快速计算出波程，将波程差除以C就得到时间差。。
如图1所示的二次雷达受海杂波效应影响后的信号反射图，弧长G 1是目标地面投影点到反射点的曲线长，α e=kα是有效地球半径，其中，k=4/3，α是实际的地球半径（6370km）。因此，α e =8493.3 km。h 1 、h 2 、G 1 、G 2 、R 1 、R 2 、R d是图1中实心点间实线的距离，其中为了把几何关系表示清楚，放大了天线的高度。
更进一步地，上述根据历史探测点迹数据判断新探测目标是否受到海杂波影响具体为：将新探测目标的位置与航迹进行位置相关，如果相关成功则判定新探测目标没有受到海杂波效应影响，否则，判定新探测目标受到海杂波效应影响。在本领域中，位置相关可以采用多种方式进行，比如设定相应的阈值，在阈值范围内的认为相关成功，不在阈值范围内的认为相关不成功，具体采用哪一种方式进行位置相关技术人员可以依照需要进行选择，在此不再赘述。
上述的实施例中所给出的系数和参数，是提供给本领域的技术人员来实现或使用本发明的，本发明并不限定仅取前述公开的数值，在不脱离本发明的发明思想的情况下，本领域的技术人员可以对上述实施例作出种种修改或调整，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (6)

1.一种基于二次雷达应答信号相关特征的海杂波抑制方法，其具体包含以下步骤：
步骤1.航迹处理模块中保存历史探测点迹数据，根据历史探测点迹数据判断新探测目标是否受到海杂波影响，如果受到海杂波影响，则进行步骤2，否则将新探测目标加入到历史探测点迹数据，完成本次探测目标处理；
步骤2.将受到海杂波影响的探测目标计算其真实应答信号和受海杂波效应的反射信号之间的相对时间差，根据不同相对时间差的码位值演变方式，生成与真实目标相对应的目标航管代码并保存；
步骤3.将步骤2生成的真实目标航管代码与历史探测点迹数据进行代码相关，相关成功后对探测目标航管代码进行纠码，纠码过程为步骤２中码位值演变过程的逆过程，并将纠码后的航迹加入到历史探测点迹数据，完成本次处理，相关不成功则将本次新探测目标保存。
2.如权利要求1所述的基于二次雷达应答信号相关特征的海杂波抑制方法，其特征在于所述步骤2中受海杂波效应影响的反射信号和真实应答信号之间的相对时间差为1.45*N±0.1 us时，反射信号会影响真实应答信号，其中N为1至4的正整数。
3.如权利要求2所述的基于二次雷达应答信号相关特征的海杂波抑制方法，其特征在于所述步骤１中计算其真实应答信号和受海杂波效应的反射信号之间的相对时间差包括：找出反射点，根据反射点计算出直射线和反射线的波程差，根据波程差计算出真实应答信号和受海杂波效应的反射信号之间的相对时间差。
4.如权利要求3所述的基于二次雷达应答信号相关特征的海杂波抑制方法，其特征在于所述找出反射点的具体过程为解3次方程：
Figure 2012104231932100001DEST_PATH_IMAGE001
得到，
Figure 2012104231932100001DEST_PATH_IMAGE002
，
其中
Figure 2012104231932100001DEST_PATH_IMAGE003
，，
其中，G为天线、目标分别对应的地面投影点之间的曲线长，G 1为目标地面投影点到反射点的曲线长，h 1为目标高度，h 2为天线高度，α e为效地球半径。
5.如权利要求4所述的基于二次雷达应答信号相关特征的海杂波抑制方法，其特征在于在找到反射点后计算直射线和反射线的波程差具体为：，其中
Figure 2012104231932100001DEST_PATH_IMAGE006
为反射点到目标之间的距离，
Figure 2012104231932100001DEST_PATH_IMAGE007
为反射点到天线之间的距离，
Figure 2012104231932100001DEST_PATH_IMAGE008
为天线到目标之间的距离，为反射点水平线与
Figure 585522DEST_PATH_IMAGE007
之间的夹角。
6.如权利要求5所述的基于二次雷达应答信号相关特征的海杂波抑制方法，其特征在于所述根据历史探测点迹数据判断新探测目标是否受到海杂波影响具体为：将新探测目标的位置与历史探测点迹数据进行位置相关，如果相关成功则判定新探测目标没有受到海杂波效应影响，否则，判定新探测目标受到海杂波效应影响。
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