CN112083388B - 一种基于二次雷达应答信号的点迹质量评判方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及二次雷达系统技术领域，本发明公开了一种基于二次雷达应答信号的点迹质量评判方法，根据二次雷达天线的和通道、差通道特性，拟合出相应的曲线，利用真实的应答信号和拟合曲线之间的差异，对应答目标的点迹质量进行评判，将点迹质量的评判结果送至后端的数据处理。本发明可以定量的评估应答目标的质量，减少后端的数据处理难度和数据量，提高目标的探测质量。

Description

一种基于二次雷达应答信号的点迹质量评判方法

技术领域

本发明涉及二次雷达系统技术领域，尤其涉及一种基于二次雷达应答信号的点迹质量评判方法。

背景技术

随着低空领域开放和民航的飞速发展，空中交通变得越来越繁忙，尤其在重点航路、机场等飞行密集区域，如何准确的获取监视数据是空中交通管制的重要课题。二次雷达是空中交通管制的重要组成部分，发挥着不可替代的作用，为空中飞行目标的安全、管理和决策提供重要数据。

在二次雷达系统的点迹处理主要采用滑窗处理和单脉冲处理两种方法，滑窗处理主要基于天线波束内的应答进行平均处理。单脉冲处理方法可以基于某一次有效应答，得到目标真实距离和方位信息。无论那一种处理方法，都离不开应答信号的幅度信息，一旦应答信号的幅度信息发生了变化，那么探测的结果就会有偏差。因此当空中目标的应答信号受地面反射、多径引起等引起的方向图变化，充分利用波束内的应答信息，对天线波束内的应答信号进行综合评判，根据波束内的每个周期内的应答信号进行目标质量评判，得到最终的点迹质量。

二次雷达系统在使用过程中，当目标应答信号受到干扰后，会造成探测目标偏离真实轨迹航线：

1、对远区目标的评估。远区应答目标，由于距离较远，接收到空中目标的应答幅度较小，由于小信号受限制于AD电路的采样波动，根据采样幅度值绘制的天线方向图会出现较大的波动，最终凝聚应答目标在方位上会出现较大的波动。

2、空中交织目标。当空中目标距离较近时，二次雷达询问空中目标时，两个目标的应答信号交织在一起时，由于应答信号的叠加，造成目标幅度较大的波动。

3、空中目标进行高机动。空中目标出现高机动时，应答天线的方向图随着目标的姿态进行变化，此时目标的应答信号会出现较大的波动，此时目标的探测性能出现较大的波动。

4、多径或者反射干扰。二次雷达站点的位置周围有遮蔽或者满足多径干扰的条件时，二次雷达的应答信号受到干扰，目标探测性能出现较大的波动。

发明内容

针对现有二次雷达系统在探测目标时，因为地面反射、地物遮挡、交织、空中高机动等而引起波束方向图变形与分裂，造成目标的探测精度不高或者探测误差，本发明提出一种基于二次雷达应答信号的点迹质量评判方法，通过量化空中真实探测目标的应答质量，利用量化的应答质量数据来评判目标的应答置信度，后端数据处理根据置信度结果选择不同的滤波算法、平滑系数等参数，得到目标真实的位置信息

本发明的一种基于二次雷达应答信号的点迹质量评判方法，根据二次雷达天线的和通道、差通道特性，拟合出相应的曲线，利用真实的应答信号和拟合曲线之间的差异，对应答目标的点迹质量进行评判，将点迹质量的评判结果送至后端的数据处理。

进一步的，包括以下步骤：

步骤1：根据天线的和通道与差通道方向图特性，采用多项式拟合天线的和通道、差通道曲线函数；所述方向图包括能够反映天线的方向特性的数据；

步骤2：根据应答目标的距离和方位两维相关进行同一目标判断，提取出目标多次应答的方位、和幅度、差幅度以及符号位信息，遍历寻找最佳应答中心位置；根据应答中心位置，分别计算每次应答信号与步骤1中拟合的所述天线的和通道、差通道曲线的差值，对每次应答进行打分，计算和通道、差通道的点迹质量；

步骤3：将处理后的目标距离、方位和点迹质量的数据上报，进入后端的数据处理。

进一步的，所述步骤1包括：

根据二次雷达的和通道方向图的对称性特性，采用多项式拟合天线的和通道曲线函数；

根据二次雷达的差通道方向图的对称性特性，采用多项式拟合天线的差通道曲线函数，在中心轴处的值为最小值，差通道曲线函数仅拟合差通道方向图的一半，并根据天线的零深设置截距值。

进一步的，所述步骤2包括以下子步骤：

步骤21：采集目标多次应答数据，由距离和方位两维相关进行同一目标确认，提取出目标多次应答的方位、和幅度、差幅度以及符号位信息；

步骤22：在目标多次应答数据中，根据和幅度与差幅度的差值、符号位信息，遍历寻找最佳应答中心位置，确定本周期的参考和幅度、参考差幅度、最佳应答中心位置的方位；

步骤23：根据拟合的所述天线的和通道曲线函数，结合目标应答方位与和幅度进行质量评分；根据拟合的所述天线的差通道曲线函数，结合目标应答方位与差幅度进行质量评分；

步骤24：分别对和通道得分值和差通道得分值累计求和，根据两个通道和值大小与先验值比较进而得到点迹质量。

进一步的，步骤23中，所述根据拟合的所述天线的和通道曲线函数，结合目标应答方位与和幅度进行质量评分，包括以下子步骤：

将最佳应答中心位置的和幅度作为参考和幅度，将当前和幅度与参考和幅度的差值取绝对值作为和幅度差值；

根据系统天线设计特性，先验出拟合的所述天线的和通道曲线的系数，然后将当前应答的方位与最佳应答中心位置的方位的差值做为变量，带入拟合的所述天线的和通道曲线，计算出和幅度数值；

将计算出的和幅度数值取绝对值后与和幅度差值进行减法运算，并取绝对值得到差值ds，差值ds越小，则和通道得分值越低。

进一步的，步骤23中，所述根据拟合的所述天线的差通道曲线函数，结合目标应答方位与差幅度进行质量评分，包括以下子步骤：

将最佳应答中心位置的差幅度作为参考差幅度，将当前差幅度与参考差幅度的差值取绝对值作为差幅度差值；

根据系统天线设计特性，先验出拟合的所述天线的差通道曲线的系数，然后将当前应答的方位与最佳应答中心位置的方位的差值做为变量，带入拟合的所述天线的差通道曲线，计算出差幅度数值；

将计算出的差幅度数值取绝对值后与差幅度差值进行减法运算，并取绝对值得到差值dd，差值dd越小，则差通道得分值越低。

进一步的，步骤1中，所述能够反映天线的方向特性的数据包括仿真数据和暗室测试数据。

本发明的有益效果在于：

本发明的一种基于二次雷达应答信号的点迹质量评判方法，可以定量的评估应答目标的质量，减少后端的数据处理难度和数据量，提高目标的探测质量。

利用本发明的方法，以及利用大量数据分析可以定量分析出雷达站点的分布特点，为雷达站点的阵地优化提供支撑数据，并对站点的分布特点进行有针对性的阵地优化。

附图说明

图1是本发明实施例1的流程图；

图2是本发明实施例2的天线方向图；

图3是本发明实施例3的点迹质量评估流程图；

图4是本发明实施例4的寻找最佳应答中心流程图；

图5是本发明实施例5的和通道质量打分机制流程图；

图6是本发明实施例6的差通道质量打分机制流程图；

图7是本发明实施例7的点迹质量判定流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域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。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于二次雷达应答信号的点迹质量评判方法，根据二次雷达天线的和通道、差通道特性，拟合出相应的曲线，利用真实的应答信号和拟合曲线之间的差异，对应答目标的点迹质量进行评判，将点迹质量的评判结果送至后端的数据处理。具体的，包括以下步骤：

步骤1：根据天线的和通道与差通道方向图特性，采用多项式拟合天线的和通道、差通道曲线函数；其中，方向图包括能够反映天线的方向特性的数据，具体的，可采用仿真数据和/或暗室测试数据；

步骤2：根据应答目标的距离和方位两维相关进行同一目标判断，提取出目标多次应答的方位、和幅度、差幅度以及符号位信息，遍历寻找最佳应答中心位置；根据应答中心位置，分别计算每次应答信号与步骤1中拟合的天线的和通道、差通道曲线的差值，对每次应答进行打分，计算和通道、差通道的点迹质量；

步骤3：将处理后的目标距离、方位和点迹质量的数据上报，进入后端的数据处理。

更为具体的，步骤1包括以下子步骤：

根据二次雷达的和通道方向图的对称性特性，采用多项式拟合天线的和通道曲线函数；

根据二次雷达的差通道方向图的对称性特性，采用多项式拟合天线的差通道曲线函数，在中心轴处的值为最小值，差通道曲线函数仅拟合差通道方向图的一半，并根据天线的零深设置截距值。

实施例2

如图2所示为本实施例提供的天线方向图，本实施例利用了二次雷达的方向图中和通道、差通道和数据处理后的符号位三个信息：

和通道的方向图在中心波束两边中心对称，因此在拟合曲线函数时，可以对整个和波束图形进行拟合；以某二次雷达8米天线为例，拟合的和通道曲线函数为Y_Σ＝0.022x⁵-0.3765x⁴-0.3765x⁴，其中x为偏离天线方向图中心的角度参数，Y_Σ为不同角度所对应的幅度值(dB)；

差通道的方向图在中心波束两边中心对称，根据函数的特性，拟合差通道方向的左面或者右边的曲线函数，并根据不同的天线特性设定截距值，提高拟合曲线函数与差通道的相似值；以某二次雷达8米天线为例，拟合的差通道曲线函数为Y_Δ＝0.022x⁵-0.3765x⁴-0.3765x⁴，其中x为偏离天线方向图中心的角度参数，Y_Δ为不同角度所对应的幅度值；

二次雷达的符号位根据应答信号在和通道与差通道的不同延迟，通过计算应答信号的相位值，区分应答目标在中心波束的左边或者右边，本实施例规定，在中心波束的左边值为“0”值，在中心波束的右边值为“1”值；

根据天线和通道、差通道和符号位翻转的特点，可以确定应答信号的中心位置，应答信号就可以参考标准信号得出目标的应答质量，最终形成点迹目标的应答质量。

实施例3

如图3为本实施例提供的点迹质量评估流程图，点迹质量评估具体包括以下过程：

步骤21：采集目标多次应答数据，由距离和方位两维相关进行同一目标确认，提取出目标多次应答的方位、和幅度、差幅度以及符号位信息；

步骤22：在目标多次应答数据中，根据和幅度与差幅度的差值、符号位信息，遍历寻找最佳应答中心位置，确定本周期的参考和幅度、参考差幅度、最佳应答中心位置的方位；

步骤23：根据拟合的所述天线的和通道曲线函数，结合目标应答方位与和幅度进行质量评分；根据拟合的所述天线的差通道曲线函数，结合目标应答方位与差幅度进行质量评分；

步骤24：分别对和通道得分值和差通道得分值累计求和，根据两个通道和值大小与先验值比较进而得到点迹质量。

其中，先验值需根据二次雷达天线性能和架设环境所决定，天线性能越好先验值越高，架设环境越好先验值越高，因此先验值需综合具体情况而定。

实施例4

如图4为本实施例提供的寻找最佳应答中心流程图，寻找最佳应答中心具体包括以下过程：

对目标多次应答的符号位信息进行翻转次数进行统计，符号位翻转是指符号位信息从低变成高或从高变成低；

若只出现1次翻转，则在符号位翻转的位置左右3次应答中，寻找和幅度与差幅度的最大差值所对应的位置就是最佳应答中心；若出现多次翻转或未出现翻转，则以和幅度与差幅度的最大差值所对应的位置就是最佳应答中心。

实施例5

如图5为本实施例提供的和通道质量打分机制流程图，和通道质量打分机制具体包括以下过程：

将最佳应答中心位置的和幅度作为参考和幅度，将当前和幅度与参考和幅度的差值取绝对值作为和幅度差值；

根据系统天线设计特性，先验出拟合的天线的和通道曲线的系数，然后将当前应答的方位与最佳应答中心位置的方位的差值做为变量，带入拟合的天线的和通道曲线，计算出和幅度数值；

将计算出的和幅度数值取绝对值后与和幅度差值进行减法运算，并取绝对值得到差值ds，差值ds越小，则和通道得分值越低。

具体的，若差值ds的数值小于门限1时，则判断当前次应答和通道得分值1；若差值ds的数值小于门限2时，则判断当前次应答和通道得分值2；若差值ds的数值小于门限3时，则判断当前次应答和通道得分值3；若差值ds的数值小于门限4时，则判断当前次应答和通道得分值4；若差值ds的数值大于等于门限4时，则判断当前次应答和通道得分值5。

实施例6

如图6为本实施例提供的差通道质量打分机制流程图，差通道质量打分机制具体包括以下过程：

将最佳应答中心位置的差幅度作为参考差幅度，将当前差幅度与参考差幅度的差值取绝对值作为差幅度差值；

根据系统天线设计特性，先验出拟合的天线的差通道曲线的系数，然后将当前应答的方位与最佳应答中心位置的方位的差值做为变量，带入拟合的天线的差通道曲线，计算出差幅度数值；

将计算出的差幅度数值取绝对值后与差幅度差值进行减法运算，并取绝对值得到差值dd，差值dd越小，则差通道得分值越低。

具体的，若差值dd的数值小于门限5时，则判断当前次应答差通道得分值6；若差值dd的数值小于门限6时，则判断当前次应答差通道得分值7；若差值dd的数值小于门限7时，则判断当前次应答差通道得分值8；若差值dd的数值小于门限8时，则判断当前次应答差通道得分值9；若差值dd的数值大于等于门限8时，则判断当前次应答差通道得分值10。

实施例7

如图7为本实施例提供的点迹质量判定流程图，点迹质量判定具体包括以下过程：

统计得到和通道得分值总和Vs与差通道得分值总和Vd；

若Vs>先验值1，同时Vd>先验值2时，则判断为此目标点迹为高质量；若先验值1≥Vs>先验值3，同时先验值2≥Vd>先验值4时，则判断为此目标点迹为中质量；否则，其他情况的目标点迹判定为低质量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于二次雷达应答信号的点迹质量评判方法，其特征在于，根据二次雷达天线的和通道、差通道特性，拟合出相应的曲线，利用真实的应答信号和拟合曲线之间的差异，对应答目标的点迹质量进行评判，将点迹质量的评判结果送至后端的数据处理；

所述点迹质量评判方法包括以下步骤：

步骤1：根据天线的和通道与差通道方向图特性，采用多项式拟合天线的和通道、差通道曲线函数；所述方向图包括能够反映天线的方向特性的数据；

步骤2：根据应答目标的距离和方位两维相关进行同一目标判断，提取出目标多次应答的方位、和幅度、差幅度以及符号位信息，遍历寻找最佳应答中心位置；根据应答中心位置，分别计算每次应答信号与步骤1中拟合的所述天线的和通道、差通道曲线的差值，对每次应答进行打分，计算和通道、差通道的点迹质量；

步骤3：将处理后的目标距离、方位和点迹质量的数据上报，进入后端的数据处理；

所述步骤1包括：

根据二次雷达的和通道方向图的对称性特性，采用多项式拟合天线的和通道曲线函数；

根据二次雷达的差通道方向图的对称性特性，采用多项式拟合天线的差通道曲线函数，在中心轴处的值为最小值，差通道曲线函数仅拟合差通道方向图的一半，并根据天线的零深设置截距值；

所述步骤2包括以下子步骤：

步骤21：采集目标多次应答数据，由距离和方位两维相关进行同一目标确认，提取出目标多次应答的方位、和幅度、差幅度以及符号位信息；

步骤22：在目标多次应答数据中，根据和幅度与差幅度的差值、符号位信息，遍历寻找最佳应答中心位置，确定本周期的参考和幅度、参考差幅度、最佳应答中心位置的方位；

步骤23：根据拟合的所述天线的和通道曲线函数，结合目标应答方位与和幅度进行质量评分；根据拟合的所述天线的差通道曲线函数，结合目标应答方位与差幅度进行质量评分；

步骤24：分别对和通道得分值和差通道得分值累计求和，根据两个通道和值大小与先验值比较进而得到点迹质量，先验值根据二次雷达天线性能和架设环境所决定，天线性能越好先验值越高，架设环境越好先验值越高；

步骤23中，所述根据拟合的所述天线的和通道曲线函数，结合目标应答方位与和幅度进行质量评分，包括以下子步骤：

将最佳应答中心位置的和幅度作为参考和幅度，将当前和幅度与参考和幅度的差值取绝对值作为和幅度差值；

根据系统天线设计特性，先验出拟合的所述天线的和通道曲线的系数，然后将当前应答的方位与最佳应答中心位置的方位的差值做为变量，带入拟合的所述天线的和通道曲线，计算出和幅度数值；

将计算出的和幅度数值取绝对值后与和幅度差值进行减法运算，并取绝对值得到差值ds，差值ds越小，则和通道得分值越低；

步骤23中，所述根据拟合的所述天线的差通道曲线函数，结合目标应答方位与差幅度进行质量评分，包括以下子步骤：

将最佳应答中心位置的差幅度作为参考差幅度，将当前差幅度与参考差幅度的差值取绝对值作为差幅度差值；

根据系统天线设计特性，先验出拟合的所述天线的差通道曲线的系数，然后将当前应答的方位与最佳应答中心位置的方位的差值做为变量，带入拟合的所述天线的差通道曲线，计算出差幅度数值；

将计算出的差幅度数值取绝对值后与差幅度差值进行减法运算，并取绝对值得到差值dd，差值dd越小，则差通道得分值越低。

2.根据权利要求1所述的一种基于二次雷达应答信号的点迹质量评判方法，其特征在于，步骤1中，所述能够反映天线的方向特性的数据包括仿真数据和暗室测试数据。

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