CN103728615B - 相控阵二次雷达多目标检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及二次雷达领域，具体涉及一种相控阵二次雷达多目标检测方法及系统，该方法包括步骤：接收从信源传感器送来的待检测目标信息；根据待检测目标信息对目标进行聚合和分组，随后依照分组排序依次确定每组波束指向形成波束调度策略；按照波束调度策略依次调度波束发射询问信号并接收目标应答信号，对接收到的目标应答信号进行解算完成对目标的检测。本发明通过制定询问策略控制波束的发射次数与指向，使多目标分批在互不干扰的询问波束内完成检测，既可以避免被测目标位于波束覆盖临界区造成的虚警或漏检，又可以防止同一目标被多次波束覆盖引入二义性结果，提高对多目标检测的准确率与单脉冲测角等应用的正确性。

Description

相控阵二次雷达多目标检测方法及系统

技术领域

本发明涉及二次雷达技术领域，具体涉及一种相控阵二次雷达多目标检测方法及系统。

背景技术

二次监视雷达系统简称二次雷达，该系统是专为完成探测、识别目标任务而设计的，其机理是利用应答机应答询问机发射的电磁波对目标进行探测定位及识别，空管雷达系统的二次雷达就是它的典型应用。根据二次雷达工作原理，在目标检测的同时，结合相关技术可实现测方位角、测距、测高、识别、测速等应用。单脉冲技术是当前二次雷达目标检测与测角的常用方法，包括相位型、振幅型和差单脉冲测角。单脉冲测角技术要求询问机具有两个接收通道，以便测量飞机应答脉冲信号的幅相差值，这种技术使二次雷达只需利用一次询问的应答信号即能确定检测目标及其方位，并且较传统滑窗法提高了方位精度，增加了飞机应答码译码正确性。

与此同时，二次雷达在工作环境中存在多径或干扰等问题，如因一定方位范围内、相邻距离的两架或多架飞机对同一询问给出的应答信号会相互交叠。当矢量信号交织在一起，单个目标应答信号的相位及幅度均难以分离，造成待检测目标无法正确区分；若采用单脉冲技术对上述多目标进行测角，由于信号混叠，幅相数据提取将发生错误，导致测角结果不正确。同时，对于相控阵体制下多目标检测，目前尚没有关于波束调度的指导性标准，在多目标检测中可能造成目标重复检测产生二义性结果，同时影响检测效率，或因目标位于波束边界造成虚警或漏检。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提高相控阵二次雷达多目标检测时的效率和准确性。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种相控阵二次雷达多目标检测方法，该方法包括步骤：

S1，接收从信源传感器送来的待检测目标信息；

S2，根据待检测目标信息对目标进行聚合和分组，随后依照分组排序依次确定每组波束指向形成波束调度策略；

S3，按照波束调度策略依次调度波束发射询问信号并接收目标应答信号，对接收到的目标应答信号进行解算完成对目标的检测。

优选地，步骤S2中，所述聚合是根据目标的方位差对相邻目标进行预处理，划分聚合目标并计算每个聚合目标的波束指向值域；

所述分组是将预处理后的聚合目标按照有效波束宽度进行分组；

所述确定每组波束指向由覆盖该组目标的波束值域决定。

优选地，步骤S2中，所述聚合具体包括步骤：

根据目标态势信息，按方位从小到大排序；

计算相邻目标间的方位差，若目标间方位差小于临界区宽度，涉及的目标组成为1个聚合目标；若目标与两侧相邻目标方位差均大于临界区宽度，则该目标自成1个聚合目标；

计算各个聚合目标的波束指向值域；其中，单目标的聚合目标的波束指向值域等效于以目标方位为中心的有效波束宽度区域；包含多个目标的聚合目标的波束指向值域为其中所有目标指向值域的并集。

优选地，步骤S2中，所述分组具体包括步骤：

按照聚合目标的顺序依次计算方位差；

判断被考察的聚合目标与起始目标的方位差是否小于有效波束宽度，若是则将被考察的聚合目标归入起始目标所在的分组；

若上述判断结果为否，则将被考察的聚合目标作为新分组的起始目标考察下一聚合目标。

优选地，步骤S2中，所述确定每组波束指向具体包括步骤：

根据覆盖该组目标的波束值域综合计算该组波束有效指向值域范围；

根据指向值域范围计算可能的指向值集，进行寻优计算，优选出靠近机头法向的指向；

进行零深过滤，通过次优评估尽量回避零深。

另一方面，本发明还同时提供一种相控阵二次雷达多目标检测系统，包括：

接收模块，用于接收从信源传感器送来的待检测目标信息；

调度模块，用于根据待检测目标信息对目标进行聚合和分组，随后依照分组排序依次确定每组波束指向形成波束调度策略；

检测模块，用于按照波束调度策略依次调度波束发射询问信号并接收目标应答信号，对接收到的目标应答信号进行解算完成对目标的检测。

优选地，所述调度模块包括：

聚合模块，用于根据目标的方位差对相邻目标进行预处理，划分聚合目标并计算每个聚合目标的波束指向值域；

分组模块，用于将预处理后的聚合目标按照有效波束宽度进行分组；

指向确定模块，用于由覆盖每组目标的波束值域决定该组波束指向。

优选地，所述聚合模块包括：

排序模块，用于根据目标态势信息，按方位从小到大排序；

区域聚合模块，用于计算相邻目标间的方位差，若目标间方位差小于临界区宽度，涉及的目标组成为1个聚合目标；若目标与两侧相邻目标方位差均大于临界区宽度，则该目标自成1个聚合目标；

值域计算模块，用于计算各个聚合目标的波束指向值域；其中，单目标的聚合目标的波束指向值域等效于以目标方位为中心的有效波束宽度区域；包含多个目标的聚合目标的波束指向值域为其中所有目标指向值域的并集。

优选地，所述分组模块包括：

筛选模块，用于按照聚合目标的顺序依次计算方位差；

归类模块，用于在被考察的聚合目标与起始目标的方位差小于有效波束宽度时，将被考察的聚合目标归入起始目标所在的分组；

新分组模块，用于在被考察的聚合目标与起始目标的方位差不小于有效波束宽度时，将被考察的聚合目标作为新分组的起始目标考察下一聚合目标。

优选地，所述指向确定模块包括：

范围计算模块，用于根据覆盖该组目标的波束值域综合计算该组波束有效指向值域范围；

寻优模块，用于根据指向值域范围计算可能的指向值集，进行寻优计算，优选出靠近机头法向的指向；

评估模块，用于进行零深过滤，通过次优评估尽量回避零深。

本发明在相控阵体制下，结合相扫波束扫描灵活、快速捷变的特点，通过制定询问策略控制波束的发射次数与指向，使多目标分批在互不干扰的询问波束内完成检测，既可以避免被测目标位于波束覆盖临界区造成的虚警或漏检，又可以防止同一目标被多次波束覆盖引入二义性结果，同时有效降低相邻距离多目标出现在同一询问波束内的情况，提高对多目标检测的准确率与单脉冲测角等应用的正确性。

附图说明

图1是本发明的一个实施例中相控阵二次雷达多目标检测方法的流程示意图；

图2是本发明的一个优选实施例中目标检测波束覆盖范围的区域划分示意图；

图3是本发明的一个优选实施例中目标聚合过程的流程示意图；

图4是本发明的一个优选实施例中目标分组过程的流程示意图；

图5是本发明的一个优选实施例中确定每组波束指向过程的流程示意图；

图6是本发明相控阵二次雷达系统典型示例结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例为实施本发明的较佳实施方式，所述描述是以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围应当以权利要求所界定者为准，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

二次雷达系统中，为防止旁瓣误应答，通常采用发射抑制与接收抑制手段：发射抑制通过Ω脉冲使应答机闭锁发射，接收抑制通过和差比幅使询问机压缩译码范围，两种方式均能达到控制检测目标波束宽度的目的。然而，电磁波在空间传播中由于噪声干扰、天线不圆度等影响，其理论波束边界必然存在不确定性。针对单脉冲测角应用，差波束零深附近也是测角精度损失的区域。为规避这些问题，本发明在相控阵体制下，结合相扫波束扫描灵活、快速捷变的特点，通过制定询问策略控制波束的发射次数与指向，进行人为分批询问待测目标，有效规避相邻距离多目标出现在同一询问波束内的情况，提高对多目标检测的准确率与单脉冲测角正确性。

如图1所示，本发明的一个实施例中，相控阵二次雷达多目标检测方法包括步骤：

S1，接收从信源传感器送来的待检测目标信息；

S2，根据待检测目标信息对目标进行聚合和分组，随后依照分组排序依次确定每组波束指向形成波束调度策略；

S3，按照波束调度策略依次调度波束发射询问信号并接收目标应答信号，对接收到的目标应答信号进行解算完成对目标的检测。

其中，波束调度策略是指根据收到信源传感器（如一次雷达等）输入的待检测目标信息，从而确定覆盖完成所有待检测目标所需的波束调度次数与指向。整个过程又包括对输入目标的初始化（目标聚合）、确定调度波束的次数（目标分组）、以及确定每次调度波束指向三个步骤。

参见图2，在调度过程中，本发明的优选实施例将目标检测波束覆盖范围划分为临界区、零深区、有效波束区和优选波束区等区域，各区域的描述如下：

临界区记为σ，其关于波束指向轴左右两侧对称，单侧宽度取和波束3dB宽度的1/k，其中k通常取值为8-12；

零深区记为θ，其是差波束最低点附近斜率急剧变化的区域，宽度取和波束3dB跨度的1/g,g通常取值10-15；

有效波束区记为β，其是用于检测目标的区域，即波束3dB宽度扣除两侧临界区的区域，有β=BW_3dB-2σ；

优选波束区记为α，其是用于检测目标的最佳区域，即过滤零深区后的有效波束区域，有α=β-θ。

优选地，步骤S2中的三个步骤具体实现如下：

S21，目标聚合（目标预处理）：

目标预处理是根据目标的方位差对相邻目标进行预处理划分聚合目标并计算每个聚合目标的波束指向值域，以避免方位间隔小于临界区的相邻目标在被不同波束覆盖时产生不确定应答信号从而造成虚警检测。如图3所示，目标聚合的流程包括：

a)根据目标态势信息，按方位从小到大排序（设方位左负右正，即从左到右排序）；

b)计算相邻目标间的方位差；

c)若目标间方位差小于临界区宽度，涉及的目标组成为1个聚合目标（此时涉及的目标有可能有多个，聚合目标与其他目标的方位差计算分别以聚合目标包含的最外侧的2个目标计算）；若该目标与两侧相邻目标方位差均大于临界区宽度，则该目标自成1个聚合目标；

d)计算每个聚合目标的波束指向值域。其中，单目标的聚合目标的波束指向值域等效于以目标方位为中心的有效波束宽度区域；包含多个目标的聚合目标的波束指向值域为其中所有目标指向值域的并集，从而保证控制唯一的波束将所有目标覆盖。

S22，目标分组：

目标分组是将预处理后的聚合目标按照有效波束宽度进行分组。目标分组的流程如图4所示，按照聚合目标的顺序依次筛选归类形成分组，其基本原则为：首先，将与起始目标在一个有效波束区内（方位差小于有效波束宽度）的聚合目标归类成组；当遇到与该组起始目标方位差不小于有效波束宽度的目标时，将该目标作为新分组的起始目标再次筛选归类。此外还有一些特定分组规则如下：

a)在分组运算中，单个聚合目标视为1个整体目标参与运算，即单个聚合目标只能归入一个组。

b)若被考察的一个聚合目标中即有与该组起始目标方位差小于有效波束宽度的目标，同时又有与该组起始目标方位差大于有效波束宽度的目标，由于聚合目标视为单体参与运算，则通过判别数量多少决定此聚合目标归入该组，或作为新分组；即聚合目标中，与该组起始目标方位差小于有效波束宽度的目标数量在半数以上时，则此聚合目标归入该分组中，否则，此聚合目标作为新分组，聚合目标中方位最小的目标作为新的起始目标。

c)在分组中应尽量回避组内出现同距离环现象，降低应答信号交织影响；考虑工程应用中运算效率与处理复杂度，避免反复寻优却无法收敛的情况出现，结合实际情况仅考察最外层目标（第一分组中第一个目标与最后一组中最后一个目标）与其各自组内情况：

①第一组分组过程中，若遇到与起始目标方位差小于有效波束宽度且位于同距离环的目标，则该目标作为新分组的起始目标；

②后续组分组过程中，若最后一个聚合目标本应归入当前分组，但存在其内目标与当前分组内目标位于同距离环时，则最后聚合目标独立成组。

S23，确定每组波束指向：

确定目标分组后即确定了波束调度的次数，后续检测过程中将通过一次波束调度完成对一组所有目标的检测。调度策略还需要根据分组排序来依次确定每组波束指向，其流程如图5所示，每组目标波束调度指向由覆盖该组目标的波束值域（参见图2中的区域划分）决定，其计算步骤如下：

a）计算该组波束可能指向值域范围；其中，可能指向值域=组内每个聚合目标指向值域范围交集；

b）计算组内最左侧目标的有效波束值域左界；其中，波束左界=前一组最后一个目标方位+σ；

c）根据上述波束左界值计算对应指向左界值；其中，指向左界=波束左界+0.5β；

d）计算组内最右侧目标的有效波束值域右界；其中，波束右界=下一组第一个目标方位-σ；

e）根据上述波束右界值计算对应指向右界值；其中，指向右界=波束右界-0.5β；

f）结合计算得到的指向左界、右界以及可能指向值域范围计算该组波束有效指向值域范围；其中，有效指向值域范围=可能指向值域范围∩指向左界∩指向右界；（注：第一组波束指向左边界即为该组可能指向值域的左值；最后一组波束指向右边界即为该组可能指向值域的右值。）

g）根据该组有效指向值域确定波束指向：根据指向值域范围计算可能的指向值集，进行寻优计算，优选靠近机头法向的指向（通常来说对于端射阵面，指向越靠近机头法向，测角精度越高）；再进行零深过滤，即通过次优评估尽量回避零深，提高测角准确度。具体操作如下：

①指向值集按其绝对值从小到大排序，依次考察；

②若某指向下，组内无目标位于零深区，则确定该指向值即为该组目标识别波束调度值；

③若某指向下，组内存在目标位于零深区，则按排序考察下一指向值，直到选取能回避零深的指向；

④若下一指向不存在，说明无法回避零深，则选择组内第一个指向值作为检测该组目标的波束调度方位值。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括上述实施例方法的各步骤，而所述的存储介质可以是：ROM/RAM、磁碟、光盘、存储卡等。因此，本领域相关技术人员应能理解，与本发明的方法相对应的，本发明还同时包括一种相控阵二次雷达多目标检测系统，与上述方法步骤一一对应地，该系统包括：

接收模块，用于接收从信源传感器送来的待检测目标信息；

调度模块，用于根据待检测目标信息对目标进行聚合和分组，随后依照分组排序依次确定每组波束指向形成波束调度策略；

检测模块，用于按照波束调度策略依次调度波束发射询问信号并接收目标应答信号，对接收到的目标应答信号进行解算完成对目标的检测。

当然，本领域相关技术人员可以理解，上述系统的实现同样需要依赖一定的硬件设备，下面结合附图6给出一个实施本发明典型系统示例，该例不失一般性。

示例为典型相控阵二次雷达系统，包括外部信源传感器（包括但不限于一次雷达、数据链、情报）、二次雷达处理终端、二次雷达射频前端组成。其中，待检测目标信息通过数据总线从信源传感器送至二次雷达处理终端，处理终端通过计算完成目标检测的波束调度策略，并按照策略依次将波束调度控制指令送至二次雷达射频前端，射频前端根据收到的控制指令依次调度波束发射询问信号并接收目标应答信号，再由处理终端解算完成对目标的检测。

相对于现有技术，本发明提供了一种相控阵二次雷达多目标检测方法及系统。本发明在相控阵体制下，结合相扫波束扫描灵活、快速捷变的特点，通过制定询问策略控制波束的发射次数与指向，使多目标分批在互不干扰的询问波束内完成检测，既可以避免被测目标位于波束覆盖临界区造成的虚警或漏检，又可以防止同一目标被多次波束覆盖引入二义性结果，同时有效降低相邻距离多目标出现在同一询问波束内的情况，提高对多目标检测的准确率与单脉冲测角等应用的正确性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的适合于软件无线电的二次雷达多目标检测的波束调度系统及方法与软硬件平台结构进行各种改动和变型而不脱离本发明的思想和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种相控阵二次雷达多目标检测方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1，接收从信源传感器送来的待检测目标信息；

S2，根据待检测目标信息对目标进行聚合和分组，随后依照分组排序依次确定每组波束指向形成波束调度策略，其中，所述聚合是根据目标的方位差对相邻目标进行预处理，划分聚合目标并计算每个聚合目标的波束指向值域，所述分组是将预处理后的聚合目标按照有效波束宽度进行分组；

S3，按照波束调度策略依次调度波束发射询问信号并接收目标应答信号，对接收到的目标应答信号进行解算完成对目标的检测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述确定每组波束指向由覆盖该组目标的波束值域决定。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述聚合具体包括步骤：

根据目标态势信息，按方位从小到大排序；

计算相邻目标间的方位差，若目标间方位差小于临界区宽度，涉及的目标组成为1个聚合目标；若目标与两侧相邻目标方位差均大于临界区宽度，则该目标自成1个聚合目标；

计算各个聚合目标的波束指向值域；其中，单目标的聚合目标的波束指向值域等效于以目标方位为中心的有效波束宽度区域；包含多个目标的聚合目标的波束指向值域为其中所有目标指向值域的并集。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述分组具体包括步骤：

按照聚合目标的顺序依次计算方位差；

判断被考察的聚合目标与起始目标的方位差是否小于有效波束宽度，若是则将被考察的聚合目标归入起始目标所在的分组；

若上述判断结果为否，则将被考察的聚合目标作为新分组的起始目标考察下一聚合目标。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述确定每组波束指向具体包括步骤：

根据覆盖该组目标的波束值域综合计算该组波束有效指向值域范围；

根据指向值域范围计算可能的指向值集，进行寻优计算，优选出靠近机头法向的指向；

进行零深过滤，通过次优评估尽量回避零深。

6.一种相控阵二次雷达多目标检测系统，其特征在于，所述系统包括：

接收模块，用于接收从信源传感器送来的待检测目标信息；

调度模块，用于根据待检测目标信息对目标进行聚合和分组，随后依照分组排序依次确定每组波束指向形成波束调度策略；所述调度模块包括聚合模块和分组模块，其中，所述聚合模块用于根据目标的方位差对相邻目标进行预处理，划分聚合目标并计算每个聚合目标的波束指向值域，所述分组模块用于将预处理后的聚合目标按照有效波束宽度进行分组；

检测模块，用于按照波束调度策略依次调度波束发射询问信号并接收目标应答信号，对接收到的目标应答信号进行解算完成对目标的检测。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述调度模块还包括，指向确定模块，用于由覆盖每组目标的波束值域决定该组波束指向。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述聚合模块包括：

排序模块，用于根据目标态势信息，按方位从小到大排序；

区域聚合模块，用于计算相邻目标间的方位差，若目标间方位差小于临界区宽度，涉及的目标组成为1个聚合目标；若目标与两侧相邻目标方位差均大于临界区宽度，则该目标自成1个聚合目标；

值域计算模块，用于计算各个聚合目标的波束指向值域；其中，单目标的聚合目标的波束指向值域等效于以目标方位为中心的有效波束宽度区域；包含多个目标的聚合目标的波束指向值域为其中所有目标指向值域的并集。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述分组模块包括：

筛选模块，用于按照聚合目标的顺序依次计算方位差；

归类模块，用于在被考察的聚合目标与起始目标的方位差小于有效波束宽度时，将被考察的聚合目标归入起始目标所在的分组；

新分组模块，用于在被考察的聚合目标与起始目标的方位差不小于有效波束宽度时，将被考察的聚合目标作为新分组的起始目标考察下一聚合目标。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述指向确定模块包括：

范围计算模块，用于根据覆盖该组目标的波束值域综合计算该组波束有效指向值域范围；

寻优模块，用于根据指向值域范围计算可能的指向值集，进行寻优计算，优选出靠近机头法向的指向；

评估模块，用于进行零深过滤，通过次优评估尽量回避零深。