二次雷達(dá)探測性能和數(shù)據(jù)質(zhì)量評估方法

1、    二次雷達(dá)探測性能和數(shù)據(jù)質(zhì)量評估方法    余飛俠 王志鴻摘要：二次雷達(dá)探測性能和數(shù)據(jù)質(zhì)量性能參數(shù)分析采用計算機(jī)軟件對雷達(dá)輸出的目標(biāo)報告數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，以對雷達(dá)的性能進(jìn)行評估。文中介紹了各性能參數(shù)的含義、測試步驟和分析方法。關(guān)鍵詞：二次雷達(dá)，性能評估，數(shù)據(jù)質(zhì)量，測試方法：tp311      ：a      ：1009-3044（2018）31-0253-031 引言近年來，航班流量呈現(xiàn)井噴式增長，高速發(fā)展的民航業(yè)對空管系統(tǒng)提出了更高要求。單脈沖二次監(jiān)視雷達(dá)由于探測距離遠(yuǎn)、測量精度高、獲

2、取信息多等優(yōu)點，成為空中交通管制首要的監(jiān)視數(shù)據(jù)源。二次雷達(dá)的探測性能和數(shù)據(jù)質(zhì)量是包括管制員在內(nèi)的空管保障人員關(guān)心的重點，雷達(dá)探測性能下降將縮小空域管制的雷達(dá)管制間隔，對空域的利用率有極大的影響;雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量是技術(shù)保障人員必須關(guān)心的重要技術(shù)參數(shù)，將影響空管自動化的正常運行。在實際技術(shù)保障中，對雷達(dá)的探測性能和數(shù)據(jù)質(zhì)量等性能參數(shù)進(jìn)行在線測試分析，是提供連續(xù)可靠的監(jiān)視服務(wù)的關(guān)鍵。2 探測性能和數(shù)據(jù)質(zhì)量簡介2.1 探測性能雷達(dá)的探測性能是雷達(dá)最基本的和最重要的要求，雷達(dá)應(yīng)能探測到覆蓋范圍的所有目標(biāo)并及時上報管制中心。二次監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)主要向管制中心提供以下信息：飛機(jī)位置（距離、方位）、飛機(jī)高度（模式c代

3、碼）、飛機(jī)識別（或模式a代碼）、飛機(jī)垂直位置、特殊a代碼指示、地速、航跡狀態(tài)（一次航跡、二次航跡、融合航跡或外推航跡）等。其中，飛機(jī)距離、方位、高度、飛機(jī)識別（或模式a代碼）是關(guān)鍵的監(jiān)視數(shù)據(jù)。通常使用目標(biāo)位置探測概率、代碼有效性和虛假目標(biāo)率等性能參數(shù)來表示二次雷達(dá)的探測性能。目標(biāo)位置探測概率用來表示雷達(dá)對目標(biāo)的捕獲和位置檢測性能。探測概率是指天線每轉(zhuǎn)一圈，目標(biāo)上報位置數(shù)據(jù)的概率。探測概率是指目標(biāo)報告數(shù)和期望目標(biāo)報告數(shù)之間的比率，期望目標(biāo)報告數(shù)由測試方法確定。代碼檢測性能由總模式a代碼檢測概率和總模式c代碼檢測概率表示。模式a或模式c代碼檢測概率是指具有正確模式a或模式c代碼數(shù)據(jù)的目標(biāo)報告數(shù)和期

4、望目標(biāo)報告數(shù)（即用于計算目標(biāo)位置探測能力的目標(biāo)報告數(shù)）之比。虛假目標(biāo)報告性能指標(biāo)由總虛假目標(biāo)報告率決定。虛假目標(biāo)報告率是指虛假目標(biāo)報告數(shù)和已探測到的目標(biāo)報告數(shù)之比。由于同步干擾、異步干擾、二次環(huán)繞應(yīng)答產(chǎn)生的目標(biāo)報告都是虛假目標(biāo)報告。需要特別指出的是，一次監(jiān)視雷達(dá)使用平均每個掃描虛假目標(biāo)數(shù)來表示虛假目標(biāo)報告性能，二次監(jiān)視雷達(dá)使用總虛假目標(biāo)報告率表示虛假目標(biāo)報告性能。2.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量是構(gòu)建安全、高效空管系統(tǒng)的基本保障。通常使用目標(biāo)位置精度、誤碼率和分辨力等性能參數(shù)來表示雷達(dá)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。目標(biāo)位置精度是指雷達(dá)上報的目標(biāo)位置和目標(biāo)被檢測到時的真實位置之間的誤差，使用系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和跳變率

5、三類位置誤差項來表示。其中，系統(tǒng)誤差包括距離偏差、方位偏差和時間偏差。偏差誤差是固定值，距離和方位偏差是相對于平均隨機(jī)誤差的相對值，時間偏差是指用于給點跡打時間戳的時間系統(tǒng)和常用基準(zhǔn)時間的時間誤差。隨機(jī)誤差是標(biāo)準(zhǔn)差，包括距離誤差標(biāo)準(zhǔn)差和方位誤差標(biāo)準(zhǔn)差。跳變是指目標(biāo)報告位置與參考位置的方位差大于1°、距離差大于700米。誤碼率是模式a或模式c代碼數(shù)據(jù)有效卻不正確的目標(biāo)報告數(shù)和期望目標(biāo)報告數(shù)（即用于計算目標(biāo)位置探測能力的目標(biāo)報告數(shù)）之比。分辨力是雷達(dá)區(qū)分兩架相鄰飛機(jī)并產(chǎn)生正確目標(biāo)報告的能力，二次雷達(dá)使目標(biāo)位置探測概率和代碼有效性來表示分辨力性能，目標(biāo)的相對位置區(qū)域劃分如圖1所示。當(dāng)兩架飛

6、機(jī)的距離差小于2海里、方位差小于2倍的3db波束寬度，二次雷達(dá)的3db波束寬度一般不大于2.45°，此處取2.45°。3 性能參數(shù)測試步驟和分析方法3.1 測試步驟二次雷達(dá)性能測試分析是對雷達(dá)輸出的目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和統(tǒng)計，分析過程一般是由計算機(jī)完成的。整個測試分析過程分為測試準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析3個階段。3.1.1 測試準(zhǔn)備在測試準(zhǔn)備階段，進(jìn)行雷達(dá)準(zhǔn)備和環(huán)境測試工作。首先，明確數(shù)據(jù)收集時雷達(dá)的工作狀態(tài)和主要系統(tǒng)參數(shù)（天線轉(zhuǎn)速、詢問策略、詢問重復(fù)頻率、接收機(jī)靈敏度、錄取器工作參數(shù)/狀態(tài)等），確保在各性能參數(shù)測試分析之前，雷達(dá)的初始運行狀態(tài)一致。其次，雷達(dá)探測能力受地理環(huán)境

7、和外部條件影響，應(yīng)識別外部條件（如干擾等）、特殊地理特征、空中交通繁忙程度和其他影響雷達(dá)性能的因素，以評估其對測試分析結(jié)果的影響。3.1.2 數(shù)據(jù)收集在數(shù)據(jù)收集階段，應(yīng)確保紀(jì)錄包含足夠數(shù)量和質(zhì)量的數(shù)據(jù)以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)的記錄要求見下表。3.1.3 數(shù)據(jù)分析在數(shù)據(jù)分析階段，采用計算機(jī)軟件對紀(jì)錄的雷達(dá)輸出數(shù)據(jù)根據(jù)測試目的分別進(jìn)行統(tǒng)計分析，如相關(guān)和航跡重構(gòu)，評估雷達(dá)性能參數(shù)。3.2 探測性能參數(shù)分析對于探測概率和代碼有效性分析，采樣數(shù)據(jù)應(yīng)是互不接近的目標(biāo)（目標(biāo)距離間隔>2海里，方位間隔>4.9°），外推目標(biāo)報告不在計算范圍內(nèi)。3.2.1 目標(biāo)位置探測概率在對記錄數(shù)據(jù)的技術(shù)性能

8、分析中，將測試覆蓋范圍按基本的三維單元（距離、方位、高度）劃分，估算每個單元的探測概率?；救S單元的大小取決于測試精度要求和單元內(nèi)實際的期望目標(biāo)報告數(shù)。單元內(nèi)的目標(biāo)位置探測概率應(yīng)使用下面公式計算：pd=探測目標(biāo)數(shù)量/預(yù)測目標(biāo)數(shù)量“預(yù)測目標(biāo)數(shù)量”是指第一次探測到目標(biāo)至最后一次探測到目標(biāo)的掃描數(shù)。在特殊測試飛行中，期望目標(biāo)報告數(shù)等于飛機(jī)在雷達(dá)波束中出現(xiàn)的次數(shù)?！疤綔y目標(biāo)數(shù)量”是指雷達(dá)實際捕獲的目標(biāo)數(shù)量，不包括外推目標(biāo)報告、虛假目標(biāo)報告和多徑目標(biāo)報告。對于測試飛機(jī)或個別飛機(jī)，應(yīng)計算每個航跡點的探測概率和平均概率。3.2.2代碼有效性代碼有效性評估只采用目標(biāo)位置探測概率計算使用的目標(biāo)報告，因此只考慮

9、形成飛機(jī)航跡的目標(biāo)報告。目標(biāo)的a 碼和c碼代碼有效性應(yīng)使用如下公式計算：pcd mode a=有效和正確的模式a目標(biāo)數(shù)/形成有效航跡的目標(biāo)數(shù)pcd mode c=有效和正確的模式c目標(biāo)數(shù)/形成有效航跡的目標(biāo)數(shù)注：1） a碼或c碼代碼是否有效是雷達(dá)根據(jù)應(yīng)答信號處理結(jié)果對應(yīng)答中的a碼或c碼進(jìn)行的正確性標(biāo)記。2） a碼或c碼代碼正確表示a碼或c碼值和相關(guān)航跡的當(dāng)前正確值相同。其中，正確值由分析系統(tǒng)決定和維護(hù)。3.2.3 虛假目標(biāo)報告率使用已相關(guān)的目標(biāo)報告來分析虛假目標(biāo)報告率。pfal/mul=虛假或重復(fù)的目標(biāo)數(shù)/探測目標(biāo)總數(shù)3.3 數(shù)據(jù)質(zhì)量參數(shù)分析3.3.1目標(biāo)位置精度位置精度是根據(jù)雷達(dá)報告的目標(biāo)位

10、置和目標(biāo)探測時刻的真實位置差進(jìn)行計算分析的。把目標(biāo)的真實位置當(dāng)做參考位置，這個參考位置可從測試過程中雷達(dá)不同輸入/輸出接口記錄的數(shù)據(jù)中錄?。ㄈ纾簡蚊}沖接收機(jī)和單脈沖信號處理器之間的i/o，或雷達(dá)和雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中心的i/o），或飛機(jī)的gps位置數(shù)據(jù)。參考位置的精度至少要比雷達(dá)輸出端目標(biāo)報告的測算位置精度高一個量級。位置精度參數(shù)的分類和計算如下所示：a） 系統(tǒng)誤差c） 跳變率跳變率按如下公式計算：rj=總跳變數(shù)量/探測目標(biāo)數(shù)量3.3.2 誤碼率目標(biāo)的a碼和c碼代碼有效的概率應(yīng)按如下公式計算：pcv mode a/c=有效的模式a和c的目標(biāo)數(shù)/形成有效航跡的目標(biāo)數(shù)代碼有效卻不正確的概率，即誤碼率為：

11、pcv=pcv-pcd3.3.3 分辨力分辨力是雷達(dá)識別兩架相鄰飛機(jī)并產(chǎn)生正確目標(biāo)報告的能力，并給出位置探測概率和代碼有效性。圖1中區(qū)域1、區(qū)域2和區(qū)域3的位置探測概率和代碼有效性按如下公式計算：pd=相鄰區(qū)域探測的目標(biāo)數(shù)/相鄰區(qū)域預(yù)測目標(biāo)總數(shù)pcd mode a=有效且正確的模式a目標(biāo)數(shù)/相鄰區(qū)域形成有效航跡的目標(biāo)數(shù)pcd mode c=有效且正確的模式c目標(biāo)數(shù)/相鄰區(qū)域形成有效航跡的目標(biāo)數(shù)4 結(jié)束語本文分別介紹了二次雷達(dá)探測性能和數(shù)據(jù)質(zhì)量的主要性能參數(shù)及其含義，并給出了各性能參數(shù)的測試步驟和分析方法。使用計算機(jī)終端軟件對雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和統(tǒng)計分析，能夠更直觀的展示測試結(jié)果，便于雷達(dá)站一線技術(shù)保障分析。通過在線監(jiān)測關(guān)鍵雷達(dá)性能參數(shù)實現(xiàn)對空管二次雷達(dá)的性能評估，為后期空域設(shè)計以及設(shè)備技術(shù)保障提供一種參考。參考文獻(xiàn)：1 溫昕.一種空管二次雷達(dá)性能分析系統(tǒng)的設(shè)計j.科技致富向?qū)В?015（6）：177-177.2 侯軍勝.空管二次雷達(dá)主要參數(shù)的測試方法j.空中交通，2013（6）：78-80.3 s