專利名稱：一種二次雷達(dá)應(yīng)答處理的抗干擾新技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及單脈沖二次雷達(dá)的應(yīng)答信號(hào)處理技術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的二次雷達(dá)對(duì)應(yīng)答信號(hào)的處理方法主要是基于滑窗法。首先通過(guò)檢測(cè)間隔20.2～20.4us的位置有無(wú)脈沖對(duì)，來(lái)檢測(cè)框架，然后進(jìn)行幻影處理上，處理的方法如圖1所示，對(duì)一串重疊的框架中所有的中間的框架全部認(rèn)為是幻影而丟掉，只保留第一個(gè)和最后一個(gè)框架。然后是對(duì)代碼的提取，方法是將保留的真實(shí)框架中代碼相應(yīng)位置上有脈沖的認(rèn)為其代碼為1，沒(méi)有脈沖則代碼為0。最后送入一個(gè)基于距離的滑窗中進(jìn)行DEFRUIT處理。
這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)有(1).能準(zhǔn)確的確定每個(gè)應(yīng)答脈沖的位置；(2).在低密度應(yīng)答中能準(zhǔn)確的檢測(cè)到可能存在的框架；(3).能去除大多數(shù)的fruit干擾。
但是，滑窗法由于其本身的原理決定了它不可避免的存在很大的缺陷，主要有(1).在應(yīng)答交疊數(shù)超過(guò)2的時(shí)候，最多只能同時(shí)處理兩架飛機(jī)，即是說(shuō)在高密度應(yīng)答情況下檢測(cè)概率低；(2).在幻影較多、FRUIT干擾嚴(yán)重的情況下，檢測(cè)概率低且容易出現(xiàn)誤判。
(詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)Michael C.Stevens，《Secondary Surveillance Radar》，ArtechHouse，Chapter 6)二次雷達(dá)的主要應(yīng)用在民用航空管理和軍用敵我識(shí)別，這兩個(gè)領(lǐng)域都需要盡可能的對(duì)應(yīng)答的飛機(jī)數(shù)目及其編碼內(nèi)容做出正確判定。由以上分析可知，僅僅基于滑窗法對(duì)應(yīng)答飛機(jī)的架次和編碼內(nèi)容的判定存在很大的缺陷，尤其是不適合高密度應(yīng)答處理。而且，僅僅基于滑窗法處理在使用新型單脈沖二次雷達(dá)所提供的信息時(shí)不充分，也不易移植到S模式的二次雷達(dá)中。

發(fā)明內(nèi)容
二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)中的干擾分成兩類，一類叫幻影，是指由前端框架檢測(cè)電路產(chǎn)生的虛假的飛機(jī)應(yīng)答框架；另一類叫做FRUIT干擾，是指由于電磁波反射、附近其他雷達(dá)站的干擾等因素造成的非同步干擾。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種新的二次雷達(dá)應(yīng)答處理的抗干擾技術(shù)，采用本發(fā)明提供的方法，能在高密度應(yīng)答中有效地篩選真實(shí)應(yīng)答，去除幻影和FRUIT干擾，即使在高密度詢問(wèn)下和復(fù)雜的FRUIT干擾的情況下，重疊情況非常嚴(yán)重的時(shí)候，本發(fā)明方法對(duì)真實(shí)應(yīng)答的檢測(cè)概率仍然很高，并且虛警的概率很低。
在描述本發(fā)明提供的一種二次雷達(dá)應(yīng)答處理的抗干擾新技術(shù)之前，先作如下定義定義1F1、F2脈沖分別指的是框架的第一個(gè)和最后一個(gè)脈沖。
定義2脈沖被完全重疊如果脈沖落在另一個(gè)框架的F1、F2脈沖或是碼位位置上，即另一個(gè)框架的F1后n×24±2(n＝0，1，...14)的位置上(系統(tǒng)時(shí)鐘選16.552MHz)，就認(rèn)為該脈沖被“完全重疊”。
定義3構(gòu)成交疊關(guān)系的框架如果在兩個(gè)框架中可以分別找到一個(gè)脈沖兩個(gè)脈沖的相對(duì)位置滿足關(guān)系式n×24±2(n＝0，1，...14)，那么這兩個(gè)框架叫做構(gòu)成交疊關(guān)系的框架。
定義4∑、Δ值分別指的是每一個(gè)脈沖的和信道、差信道的值的大小。
定義5一致性當(dāng)兩個(gè)值的差小于預(yù)先設(shè)定的某一個(gè)門(mén)限，就認(rèn)為這兩個(gè)值具有一致性。
定義6框架的距離值指距離計(jì)數(shù)器對(duì)該框架的F1進(jìn)行距離計(jì)數(shù)得到的值。
定義7FRUIT干擾指本地非同步干擾。
本發(fā)明提供的一種二次雷達(dá)應(yīng)答處理的抗干擾新技術(shù)，其特征是采用下面步驟第一步(可能的幻影框架判定步驟)根據(jù)完全重疊的定義，對(duì)所有收到框架中的F1和F2脈沖進(jìn)行完全重疊判定，通過(guò)判斷該F1、F2脈沖是否在另一個(gè)框架的F1后n×24±2(n＝0，1，...14)的位置上(系統(tǒng)時(shí)鐘選16.552MHz時(shí))，即是通過(guò)計(jì)算兩個(gè)脈沖的距離值的差，如果等與n×24±2(n＝0，1，...14)，即為可能的幻影框架；第二步(構(gòu)成交疊關(guān)系的框架步驟)根據(jù)“構(gòu)成交疊關(guān)系的框架”的定義，對(duì)于上步找到的n個(gè)可能的幻影框架，找出與每個(gè)框架Ai(1≤i≤n)構(gòu)成交疊關(guān)系的所有框架B，即是計(jì)算兩個(gè)框架的距離值的差，如果等于n×24±2(n＝0，1，...14)，就是構(gòu)成交疊關(guān)系的框架，假定有m個(gè)；第三步(去幻影步驟)根據(jù)判定幻影框架充分必要條件中的“∑、Δ值均具有一致性”的原則，分別計(jì)算出每一個(gè)可能幻影框架Ni(1≤i≤N)的參考信號(hào)的∑值跟每個(gè)與之構(gòu)成交疊關(guān)系的框架Bi(≤i≤m)的參考信號(hào)的∑值之差，同時(shí)也計(jì)算出兩者的Δ值之差，只要其中有一組的∑值之差具有一致性且Δ值之差也具有一致性，就將該框架作為幻影刪除。
第四步(保存信息步驟)保存最近N次收到的應(yīng)答的信息，其中3≤N≤7；第五步(距離值比較步驟)將當(dāng)前要處理的每個(gè)框架的距離值與前面N-1次應(yīng)答的各個(gè)框架的距離值進(jìn)行比較；第六步(去除步驟)如果能夠找到有 個(gè)或 個(gè)以上的框架的距離值與當(dāng)前處理的框架的距離值具有一致性，就將該應(yīng)答框架保留；反之就作為FRUIT干擾或前面沒(méi)有去除掉的幻影將之去除， 符號(hào)表示對(duì)符號(hào)內(nèi)的數(shù)向下取整。
本發(fā)明提供的一種二次雷達(dá)應(yīng)答處理的抗干擾新技術(shù)包括兩部分內(nèi)容一是去幻影，本發(fā)明采用的判定一個(gè)框架為幻影框架的充分必要條件是框架的F1、F2均為完全重疊，且本框架的參考信號(hào)的∑與Δ值分別和同該框架構(gòu)成交疊關(guān)系的框架的參考信號(hào)的∑與Δ值具有一致性，判定出幻影框架并將它刪除；二是去FRUIT干擾，該部分繼承傳統(tǒng)的滑窗法處理思路，但是對(duì)其中的判定準(zhǔn)則進(jìn)行了調(diào)整，由于去幻影部分采用的標(biāo)準(zhǔn)從嚴(yán)，有一部分幻影框架沒(méi)有去除掉，因此，在該部分處理中，標(biāo)準(zhǔn)將適當(dāng)放寬，保證能夠盡可能的去出干擾。
值的說(shuō)明的是，所謂標(biāo)準(zhǔn)從寬原則體現(xiàn)在上述過(guò)程第六步(去除步驟)中一致性判定時(shí)的門(mén)限值的選取，選取的方法是先依據(jù)傳統(tǒng)的滑窗法處理確定門(mén)限，然后再在該門(mén)限的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際工程情況適當(dāng)減小門(mén)限值，就可以起到放寬標(biāo)準(zhǔn)的作用，其中減小量不超過(guò)由滑窗法確定的門(mén)限值的20％。
本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于(1).提出了消除幻影和FRUIT干擾的新思路，采用“去除幻影標(biāo)準(zhǔn)從嚴(yán)，去除FRUIT干擾標(biāo)準(zhǔn)從寬”的新準(zhǔn)則，能夠保證干擾嚴(yán)重的情況下處理器能正確的去噪；(2).提出了新的去幻影算法，能在保證檢測(cè)概率達(dá)到99.9％以上的前提下，同時(shí)處理多達(dá)120架飛行器的高密度應(yīng)答。這樣就完全克服了傳統(tǒng)的滑窗法最多只能處理兩個(gè)交疊應(yīng)答以及不適合高密度應(yīng)答處理的環(huán)境的缺陷。
本發(fā)明提供的一種二次雷達(dá)應(yīng)答處理的抗干擾新技術(shù)的原則是去幻影的條件從嚴(yán)，保證不剔除真實(shí)的應(yīng)答框架，這樣會(huì)造成一些幻影框架殘留，對(duì)于這些殘留幻影框架的去除由DEFRUIT處理來(lái)完成，因此，DEFRUIT處理標(biāo)準(zhǔn)從寬。盡可能的去除掉殘留的幻影和FRUIT干擾。這與實(shí)際的運(yùn)行情況相吻合，因?yàn)轱w行器的高速運(yùn)動(dòng)，通過(guò)DEFRUIT處理很容易去除殘留幻影框架。
下面對(duì)本發(fā)明采用的去幻影和DEFRUIT算法的檢測(cè)概率進(jìn)行定量分析。
現(xiàn)在假設(shè)有三個(gè)先后判定的應(yīng)答，如圖4所示，如果第二個(gè)應(yīng)答的F1和第一個(gè)應(yīng)答的第m個(gè)(2≤m≤15)脈沖重合，則F1被完全重疊；如果第二個(gè)應(yīng)答的F2和第三個(gè)應(yīng)答的第n個(gè)(1≤n≤14)脈沖和重合，則F2被完全重疊。記本次應(yīng)答的F1和上一個(gè)應(yīng)答的某個(gè)編碼脈沖的距離值為ri-1和ri，當(dāng)它們符合ri-1-4≤ri≤ri-1+2關(guān)系時(shí)，稱這兩個(gè)脈沖重合。當(dāng)F1和F2都被完全重疊時(shí)，就將第二個(gè)應(yīng)答作為幻影去除。但是，實(shí)際上，當(dāng)?shù)诙€(gè)應(yīng)答是真實(shí)目標(biāo)的回波時(shí)，出現(xiàn)上述情況也是有可能的。所以，以這樣的判定方法來(lái)去除幻影，將可能造成漏報(bào)。下面計(jì)算漏報(bào)概率的大小。
假設(shè)監(jiān)視距離為400公里，先分析在主瓣內(nèi)有40個(gè)目標(biāo)的情況。
顯然，目標(biāo)在空域的分布具有隨機(jī)性，應(yīng)答脈沖到達(dá)時(shí)間也具有隨機(jī)性，收到的應(yīng)答個(gè)數(shù)屬于計(jì)數(shù)過(guò)程，且具有獨(dú)立增量，為此可以建立模型如下假設(shè)在一定時(shí)間間隔t內(nèi)收到的目標(biāo)應(yīng)答個(gè)數(shù)n是一個(gè)隨機(jī)變量，滿足獨(dú)立增量特性，其分布服從泊松分布，即P(N(t)=n)=e-λt(λt)nn!---n=0,1,2,.......]]>其中λ代表泊松過(guò)程的速率，即單位時(shí)間內(nèi)收到目標(biāo)應(yīng)答的平均個(gè)數(shù)。在這里，由于目標(biāo)間的平均距離為10km，于是電磁波在任兩個(gè)目標(biāo)間來(lái)回傳輸?shù)臅r(shí)延為66.7μs，所以單位時(shí)間內(nèi)到來(lái)的應(yīng)答個(gè)數(shù)λ＝1/66.7＝0.015。
每個(gè)應(yīng)答的總長(zhǎng)度隨模式不同而不同，以A/C模式為例，每個(gè)可能的應(yīng)答編碼脈沖長(zhǎng)度為1.45μs，脈沖寬度為0.45μs，分析的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為16.552MHz，時(shí)間分析精度為1÷16.552＝0.0604μs，每個(gè)編碼脈沖間隔1.45*16.552＝24個(gè)時(shí)鐘單位，應(yīng)答脈沖的總長(zhǎng)度T＝1.45*14＝20.3μs。分析應(yīng)答脈沖出現(xiàn)交迭的概率為P(N(t)≥1)=e-λt(λt)11!+e-λt(λt)22!e-λt(λt)33!+···,t=20.3μs]]>=1-e-λt(λt)00!=1-0.7376=0.2624]]>應(yīng)答脈沖出現(xiàn)交疊時(shí)，應(yīng)答脈沖可能是完全重疊的。出現(xiàn)完全重疊就可能會(huì)引起漏判，為此需要分析目標(biāo)應(yīng)答的F1和F2出現(xiàn)完全重疊的概率。根據(jù)完全重疊的定義，當(dāng)產(chǎn)生交疊時(shí)，兩個(gè)目標(biāo)應(yīng)答的F1與F1之間的間隔為n×24±2(n＝0，1，...14)時(shí)就會(huì)引起第二個(gè)應(yīng)答的F1被完全重疊，以及第一個(gè)應(yīng)答的F2被完全重疊。由于目標(biāo)應(yīng)答流是服從泊松分布，因此某個(gè)目標(biāo)應(yīng)答的F1到來(lái)的時(shí)刻Ti-l和其下一個(gè)目標(biāo)應(yīng)答的F1到來(lái)時(shí)刻Ti之間的時(shí)間差τ(τ＝Ti-Ti-l)是服從指數(shù)分布P(Xi＞τ|Xi-1＝s)＝e-λτ通常簡(jiǎn)寫(xiě)為P(τ≥τ0|)＝e-λτ0一個(gè)目標(biāo)的應(yīng)答框架在F1和F2之間的每個(gè)脈沖為編碼為1和0的概率均是1/2，除了中間那個(gè)脈沖編碼恒為0，所以下一個(gè)目標(biāo)的F1或F2不可能與其重合，其他的都可能與其重合產(chǎn)生完全重疊。那么，在上述假設(shè)下，第二個(gè)應(yīng)答的F1被完全重疊的概率為
P1=P{τ≤2*0.0604}+12×Σm=1m≠713P{(24m-2)*0.0604≤τ≤(24m+2)*0.0604}]]>+P{(24*14-2)*0.0604≤τ≤(24*14+2)*0.0604}]]>=12×Σm=1m≠713{P[τ>(24m-2)*0.0604]-P[τ>(24m+2)*0.0604]}]]>+1-P(τ≥0.1208)+P(τ≥20.1792)-P(τ≥20.4208)]]>將λ＝0.015代入上式，可得P1=12×Σm=1m≠713{e-λ*(24m-2)*0.0604-e-λ*(24m+2)*0.0604}]]>+1-e-λ*0.1208+e-λ*20.1792-e-λ*20.4208=0.01382]]>由于第二個(gè)應(yīng)答的F2被完全重疊，就等價(jià)于“第三個(gè)應(yīng)答的F1被完全重疊”的概率；而且基于泊松分布，它和第二個(gè)應(yīng)答的F1被完全重疊是獨(dú)立且等概率的，故第二個(gè)應(yīng)答的F2被完全重疊的概率為P2=12×Σm=1m≠713{e-λ*(24m-2)*0.0604-e-λ*(24m+2)*0.0604}]]>+1-e-λ*0.1208+e-λ*20.1792-e-λ*20.4208=0.01382]]>所以，可得第二個(gè)目標(biāo)應(yīng)答的F2、F1都被完全重疊，從而被漏報(bào)的概率為PM＝P1P2＝0.019％同理，可以分析其他高密度詢問(wèn)情況下應(yīng)答情況。當(dāng)400km內(nèi)有60架飛機(jī)時(shí)，平均兩個(gè)目標(biāo)間電磁波傳輸?shù)难訒r(shí)為44.4μs，λ＝0.0225，用同樣的方法可以求得目標(biāo)被漏報(bào)的概率是P＝0.0191562＝0.0367％。當(dāng)400km內(nèi)有80架飛機(jī)時(shí)，平均兩個(gè)目標(biāo)間電磁波傳輸?shù)难訒r(shí)為33.3μs，λ＝0.0300，則目標(biāo)被漏報(bào)的概率是P＝0.0235972＝0.05568％。當(dāng)400km內(nèi)有100架飛機(jī)時(shí)，平均兩個(gè)目標(biāo)間電磁波傳輸?shù)难訒r(shí)為26.667μs，λ＝0.0375，則目標(biāo)被漏報(bào)的概率是P＝0.027332＝0.0747％。當(dāng)400km內(nèi)有150架飛機(jī)時(shí)，平均兩個(gè)目標(biāo)間電磁波傳輸?shù)难訒r(shí)為17.77μs，λ＝0.05625，則目標(biāo)被漏報(bào)的概率是P＝0.034152＝0.117％。因此，對(duì)于這種去除幻影的方法，出現(xiàn)真實(shí)應(yīng)答漏報(bào)的概率極小，對(duì)目標(biāo)的判定準(zhǔn)確度很高。
由以上定量分析可知，本發(fā)明采用的去幻影和DEFRUIT算法與傳統(tǒng)的滑窗法相比，有如下改進(jìn)和創(chuàng)新(1).通過(guò)對(duì)應(yīng)答脈沖的精確定位，大大提高了處理高密度詢問(wèn)地能力，使得能處理的交疊飛機(jī)數(shù)不受限制，保證了高密度應(yīng)答情況下的高檢測(cè)概率。
(2).通過(guò)將去幻影算法和DEFRUIT處理相結(jié)合的方法，能夠保證嚴(yán)重干擾情況下的高檢測(cè)概率。
本發(fā)明主要是用于二次雷達(dá)、敵我識(shí)別器、民用航空管理系統(tǒng)的應(yīng)答信號(hào)處理，特別適用于單脈沖二次雷達(dá)的應(yīng)答信號(hào)處理。
附圖及


圖1是傳統(tǒng)的應(yīng)答信號(hào)去幻影處理圖2是DSP的去幻影處理模塊流程3是DSP的EFRUIT處理模塊流程4是漏檢概率估計(jì)示意5是FPGA提取的特征數(shù)據(jù)組織表。
具體實(shí)施例方式
下面給出一個(gè)實(shí)施本發(fā)明的例子，在例子中，不失一般性，我們假定系統(tǒng)時(shí)鐘頻率是16.552MHz，從前級(jí)送來(lái)的框架數(shù)不超過(guò)120個(gè)，DEFRUIT程序中保留的應(yīng)答的次數(shù)為5。
整個(gè)抗干擾處理過(guò)程采用DSP編程實(shí)現(xiàn)首先將前級(jí)處理后送到DSP的數(shù)據(jù)按照表1的格式在DSP片內(nèi)存好，去幻影處理模塊采用DSP編程實(shí)現(xiàn)，流程圖如圖2所示，其中的幅度一致性門(mén)限根據(jù)處理器實(shí)際運(yùn)作的環(huán)境選取。
DSP的EFRUIT處理模塊也采用DSP編程實(shí)現(xiàn)，流程圖如圖3所示，其中的判決門(mén)限在傳統(tǒng)滑窗法的基礎(chǔ)上減小10％，這樣就能保證去除所有干擾。
權(quán)利要求
1.一種二次雷達(dá)應(yīng)答處理的抗干擾新技術(shù)，其特征是采用下面步驟第一步(可能的幻影框架判定步驟)根據(jù)完全重疊的定義，對(duì)所有收到框架中的F1和F2脈沖進(jìn)行完全重疊判定，通過(guò)判斷該F1、F2脈沖是否在另一個(gè)框架的F1后n×24±2(n＝0，1，...14)的位置上(系統(tǒng)時(shí)鐘選16.552MHz時(shí))，即是通過(guò)計(jì)算兩個(gè)脈沖的距離值的差，如果等與n×24±2(n＝0，1，...14)，即為可能的幻影框架；第二步(構(gòu)成交疊關(guān)系的框架步驟)根據(jù)“構(gòu)成交疊關(guān)系的框架”的定義，對(duì)于上步找到的n個(gè)可能的幻影框架，找出與每個(gè)框架Ai(1≤i≤n)構(gòu)成交疊關(guān)系的所有框架B，即是計(jì)算兩個(gè)框架的距離值的差，如果等于n×24±2(n＝0，1，...14)，就是構(gòu)成交疊關(guān)系的框架，假定有m個(gè)；第三步(去幻影步驟)根據(jù)判定幻影框架充分必要條件中的“∑、Δ值均具有一致性”的原則，分別計(jì)算出每一個(gè)可能幻影框架Ni(1≤i≤N)的參考信號(hào)的∑值跟每個(gè)與之構(gòu)成交疊關(guān)系的框架Bi(1≤i≤m)的參考信號(hào)的∑值之差，同時(shí)也計(jì)算出兩者的Δ值之差，只要其中有一組的∑值之差具有一致性且Δ值之差也具有一致性，就將該框架作為幻影刪除。第四步(保存信息步驟)保存最近N次收到的應(yīng)答的信息，其中3≤N≤7；第五步(距離值比較步驟)將當(dāng)前要處理的每個(gè)框架的距離值與前面N-1次應(yīng)答的各個(gè)框架的距離值進(jìn)行比較；第六步(去除步驟)如果能夠找到有 個(gè)或 個(gè)以上的框架的距離值與當(dāng)前處理的框架的距離值具有一致性，就將該應(yīng)答框架保留；反之就作為FRUIT干擾或前面沒(méi)有去除掉的幻影將之去除， 符號(hào)表示對(duì)符號(hào)內(nèi)的數(shù)向下取整。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種二次雷達(dá)應(yīng)答處理的抗干擾新技術(shù)，它包括兩部分內(nèi)容一是去幻影，判定出幻影框架并將它刪除；二是去FRUIT干擾，由于去幻影部分采用的標(biāo)準(zhǔn)從嚴(yán)，有一部分幻影框架沒(méi)有去除掉，因此，在該部分處理中，標(biāo)準(zhǔn)將適當(dāng)放寬，保證能夠盡可能的去出干擾。采用本發(fā)明提供的方法，能在高密度應(yīng)答中有效地篩選真實(shí)應(yīng)答，去除幻影和FRUIT干擾，即使在高密度詢問(wèn)下和復(fù)雜的FRUIT干擾的情況下，重疊情況非常嚴(yán)重的時(shí)候，本發(fā)明方法對(duì)真實(shí)應(yīng)答的檢測(cè)概率仍然很高，并且虛警的概率很低。
文檔編號(hào)G01S13/74GK1619332SQ20031011097
公開(kāi)日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2003年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月18日
發(fā)明者李玉柏, 蔣睿, 伍春, 楊曉飛 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)