什么是雷达数据处理?

什么是雷达数据处理?

[拼音]：leida shuju chuli

[外文]：radar data processing

从一系列雷达测量值中，利用参数估值理论估计目标的位置、速度、加速度等运动参数；进行目标航迹处理；选择、跟踪目标；形成各种变换、校正、显示、报告或控制等数据；估计某些与目标形体、表面物理特性有关的参数等。早期的一些雷达，采用模拟式解算装置进行数据处理。现代雷达已采用数字计算机完成这些任务。

数据格式化

雷达数据的原始形式是一些电的和非电的模拟量，经接收系统处理后在计算机的输入端已变成数字量。数字化的雷达数据以一定格式组成雷达数据字。雷达数据字可编成若干个字段，每一个字段指定接纳某个时刻测量到的雷达数据。雷达数据字是各种数据处理作业的原始量，编好后即送入计算机存储器内的指定位置。

校正

雷达系统的失调会造成设备的非线性和不一致性，使雷达数据产生系统误差，影响目标参数的无偏估计。为保证高质量的雷达数据，预先把一批校正补偿数据存储于计算机中。雷达工作时，根据测量值或系统的状态用某种查表公式确定校正量的存储地址，再用插值法对测量值进行校正和补偿，以清除或减少雷达数据的系统误差。

坐标变换

雷达数据是在以雷达天线为原点的球坐标系中测出的，如距离、方位角、仰角等。为了综合比较由不同雷达或测量设备得到的目标数据，往往需要先把这些球坐标数据变换到某个参考坐标系中。常用直角坐标系作为参考坐标系。另外，在球坐标系中观察到的目标速度、加速度等状态参数是一些视在几何分量的合成，不能代表目标在惯性空间的运动特征。若数据处理也在雷达球坐标系中进行，会由于视在角加速度和更高阶导数的存在使数据处理复杂化，或者产生较大的误差。适当选择坐标系，可以简化目标运动方程，提高处理效率或数据质量。

跟踪滤波器

跟踪滤波器是雷达数据处理系统的核心。它根据雷达测量值实时估计当前的目标位置、速度等运动参数并推算出下一次观察时目标位置的预报值。这种预报值在跟踪雷达中用来检验下一次观测值的合理性；在搜索雷达中用于航迹相关处理。常用的跟踪滤波器有 α-β滤波器、卡尔曼滤波器和维纳滤波器，可根据拥有的计算资源、被处理的目标数、目标的动态特性、雷达参数和处理系统的精度要求等条件选用。 α－β滤波器的优点是算法简单，容易实现，对于非机动飞行的等速运动目标，位置估值和速度估值的平方误差最小，故可对等速运动目标进行最佳滤波。对于机动飞行的目标，由于 α－β滤波器描述的目标运动模型与实际情况存在差异，会产生较大的误差。为此，广泛采用一种称为机动检测器的检测装置，以便在发现目标作机动飞行时能自动调整测量周期或修改α值和β值，使跟踪误差保持在允许的范围内。同 α-β滤波器不同，卡尔曼滤波器中除装有稳态的目标轨迹模型外，还设有测量误差模型和目标轨迹的随机抖动模型。因此，它对时变和非时变的目标动态系统能作出最佳线性、最小方差的无偏估计。除目标状态的估计外，卡尔曼滤波器还能估计状态估值的误差协方差矩阵。利用误差协方差矩阵可以检测目标机动，调整滤波系数，实现对机动目标的自适应滤波。

目标航迹处理

早期的搜索雷达由 *** 作员从显示器上判定目标的存在，并逐次报出目标的位置。标图员根据报告的目标数据进行标图，并把图上的点顺序连接，形成目标航迹。这个过程称为目标航迹处理。现代雷达系统的航迹处理已无需人工处理，而主要由计算机来完成。利用计算机进行数据处理的搜索雷达，称为边跟踪边扫描雷达系统。雷达测量到的离散的目标位置数据，如距离、角度等，称为点迹。目标航迹处理主要包括航迹建立、航迹相关、航迹的平滑和预测、机动检测逻辑四个部分。

（1）航迹建立：首先清除杂波的干扰点迹和噪声的虚假点迹。在计算机内事先存有固定的杂波图。若新点迹落入此区内，则作为杂波予以清除。利用相关逻辑可以分离出老目标的点迹。对剩余的点迹，先预测其在下次扫描时的目标位置，并围绕这一预测位置建立一定的相关区，再验证是否确有新的相关点迹存在。若在多次贯序扫描中，有一定数目的点迹落入相应的相关区中，则登记为一个新的稳定航迹。否则，作为虚假点迹而抛去。

（2）航迹相关:目标在不断运动，因而需要相应地更新每条航迹的数据，以实现对目标的跟踪。为此，必须把已有的航迹与新提取的点迹不断地进行相关处理，找到各个目标的新的测量数据，据此进行平滑和预测。最常用的相关方法，是在外推点周围形成一个波门。只有落在波门内的点迹才能与航迹相关。相关波门的大小，根据雷达测量误差、目标速度及其机动情况、天线扫描周期、滤波方法和航迹的质量等因素折衷确定。在稠密的目标环境下，可能出现一个点迹同时落入几个目标的相关波门之内，或者几个点迹同时落入一个相关波门之中等情况。

（3）航迹的平滑和预测：点迹与航迹相关之后就作为航迹的新的测量数据送入跟踪滤波器，进行实时的平滑和预测。

（4）机动检测逻辑：用以确定目标机动状况。根据机动值的大小，自动地调节跟踪滤波器的参数，使滤波器适应目标的运动规律。机动检测方法是围绕目标的预测位置，形成内、外两个相关区。当目标落入较窄的内相关区时，表示该目标基本上无机动运动，这时可采用深阻尼的跟踪滤波器。当目标落入较宽的外相关区时，表示目标机动超过门限，这时可采用宽带的跟踪滤波器。

发展趋势

现代雷达系统正向自动化检测和跟踪系统发展。它是数字信号处理和数字数据处理的结合。自动化检测和跟踪系统的进一步发展，是建立自动检测和多站联合跟踪系统。设置在不同地点的若干部雷达组成雷达网。对于同一个目标，各站的观察角度、工作频率和极化方式、分辨力和精度、地理位置及遮挡情况等不尽相同。因此，它们各自的测量数据，经过统一处理后可以综合成高质量的目标数据。雷达网数据处理，包括建立统一的坐标系统和计时系统，以便把分布在不同区域的雷达数据统一起来；对各站送来的点迹数据加以识别，形成加权归一化点迹；把同一目标的归一化点迹纳入相同的目标航迹数据中，实施统一的处理。

参考书目

D.C.Schleher， Automatic Detection and Radar Data processing， Artech House，Dedham，1980.