第４期 ２０１０年８月 雷达科学与技术 Ｒａｄａｒ ＳＯｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏＩｏｇｙ Ｖｏ１．８ Ｎｏ．４ Ａｕｇｕｓｔ ２０ｌＯ 通用雷达数据处理系统仿真测试平台设计 李海贵。孙俊平 （中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽合肥２３００８８） 摘 要：针对适应未来战场日益复杂环境的需要，雷达数据处理引入了大量的新技术、新算法，需要解 特性进行信号产生和输出，收集雷达数据处理结果并进行对比分析，实现了雷达数据处理仿真测试平台设 №～ 雌 一～ 一一一～一～ ＝ ～～～一蓍一～ 一～一 一～一 ～一 决雷达数据处理系统研发过程中功能、性能、接口、可靠性等方面测试问题。通过战场环境模拟，根据雷达 计。简要介绍了数据处理仿真处理系统和数据分析处理系统，并着重阐述了其中的数据库管理、想定拟制、 目标关联和数据分析等模块，最后给出了平台实现的一种途径。 关键词：数据处理；仿真；测试；关联；分析 中图分类号：ＴＮ９５７．５２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—２３３７（２０１０）０４—０３３９—０４ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｒａｄａｒ Ｄａｔａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｓｔ Ｐｌａｔｆｏｒｍ ～ 一～一一一一～一 一 ～一一～ ～一一～一一～一～一一～一 一 。 ～一 ～一～ 二雪 一一 一一 字信号替代，海量的数据开始产生并需要实时处 １ 引言 雷达数据处理是雷达技术领域中的一个重要 方面。雷达数据处理技术的发展，必将在很大程 理，这些最终体现在雷达数据处理还能够准确无 误地做到：识别属于同一目标的逐次检测的性质； 估计目标的运动参数从而建立目标航迹；鉴别不 同目标；鉴别虚假检测和真实目标等。 近年来，对雷达数据处理算法的研究越来越 多，如基于ＴＢＤ的目标提取技术 ］，Ｋａｌｍａｎ滤 波技术＿４ ］，交互多模型跟踪处理［６。 等，但对雷达 数据处理仿真测试方面的研究却很少。 由于雷达数据处理系统往往都是嵌入式系 统，对性能指标测试缺乏手段。本文从复杂战场 度上提高雷达使用性能和价值，从而反过来推动 雷达技术的发展口］。 随着战机技术的不断发展，战机的速度越来 越快，机动性能越来越高，而ＲＣＳ却越来越小，导 致雷达探测技术也发生了巨大变化，从机械扫描 雷达为主逐步发展以相控阵扫描为主，尤其随着 数字阵列雷达的发展，天馈、发射、接收等分系统 之间的界限已经越来越模糊，大量模拟信号被数 收稿日期：２０１０—０６—１３；修回日期：２０１０—０７—１２ 环境仿真出发，提供建立各种战机运动模型手段， 对雷达数据处理的结果进行分析比较，不仅能完 ３４０ 雷达科学与技术 第８卷第４期 成雷达数据处理的各种功能测试，还能满足各种 功能测试的需求。 ２平台体系结构分析 雷达数据处理仿真测试平台主要通过战场环 境模拟，根据雷达特性进行信号产生和输出，收集 雷达数据处理结果并进行对比分析，完成雷达数 据处理的功能、性能、接口和可靠性等方面的测 试，其简易的体系结构如图１所示。数据仿真处理 系统产生各种战场环境发送给雷达数据处理系 统，经过雷达数据处理系统处理后发送给数据分 析处理系统，最后数据分析处理系统给出各种统 计数据，以判断雷达数据处理相关功能和性能是 否达到相关指标要求。 数据分析处理系统 数据仿真处理系统 围 Ｉ＿＿＿＿＿＿＿＿’＿＿＿一Ｉ＿＿＿－＿＿－＿・＿＿＿－－＿＿・一 圈圈 雷达数据 圆处理系统 匡 国 圆圆 圆圈 圈圆 困匦四 Ｉ ｌ ｌ 图１ 仿真测试平台体系结构 ２．１数据仿真处理系统 数据仿真处理系统主要完成战场环境的想定 拟制，根据雷达特性形成仿真场景，向雷达数据处 理输出仿真数据。此系统主要包含数据收发、数 据库管理、雷达参数管理、记录重演、时间同步、人 工干预、想定拟制和态势显示等模块。 数据收发：完成与雷达数据处理及数据分析 处理系统之间的信息交换。 数据库管理：完成想定场景、雷达参数等信息 的存储。 时间同步：确保数据仿真处理、雷达数据处理 和数据分析处理三个系统之间时间一致性。 记录重演：为了便于回归测试，将当时的仿真 处理情况如实、完整地记录下来，在回归时，重演 当时的场景，检测雷达数据处理问题的修改情况。 雷达参数管理：现代雷达种类繁多，如有单基 地、双基地、多基地、稀布阵雷达等，工作模式迥异， 有机械扫描、相控阵扫描等。由此导致雷达数据处 理方式也有所不同，因此仿真处理的方式也应不同。 人工干预：提供人机交互的接口。 想定拟制：制定各种轨迹目标、杂波和虚警等 参数信息。 态势显示：完成想定信息在态势图上的直观 显示。 ２．２数据分析处理系统 数据分析系统主要完成经过雷达数据处理 后，相关功能、性能等是否达到相关指标要求。本系 统主要包含数据收发、数据库管理、目标相关、战术 命令仿真、数据分析、记录重演和态势显示等模块。 数据收发：完成与雷达数据处理及数据仿真 处理系统之间的信息交换。 数据库管理：完成仿真测试时各种数据的保存。 记录重演：为了能够更好地分析雷达数据处 理结果，记录实时处理过程，事后进行逐步、逐点 分析。 目标相关：将来自雷达数据处理的目标和来 自数据仿真处理的目标进行相关，以便于数据分 析使用。 数据分析：对相关上的目标进行分析，以获取 雷达数据处理对杂波、虚警及目标的处理情况，获得 相关统计数据，检查相关性能指标是否达到要求。 战术命令仿真：仿真各种战术命令，控制雷达 数据处理系统完成特定功能。 态势显示：完成各种信息在态势图上的直观 显示。 ３平台主要模块设计 ３．１数据库管理 数据仿真和数据分析系统都有数据库管理模 块，是平台的重要组成部分。从功能角度划分，可 将数据管理模块分为雷达参数和性能指标库，各 种预先制定的战场想定库，某特定已进行仿真处 理过程各种想定数据、雷达参数信息、输出数据信 息和接收数据信息库等。 从数据结构角度分析，采用多种数据结构方式 进行实现，方便数据的存储、检索、插入和删除等操 作。本文建议采用关系数据库系统加以实现。 ３．２想定拟制 想定拟制是本系统的核心模块，在制定各种空 战飞行轨迹的同时，还能仿真出杂波和虚警等信息， 并结合特定雷达参数信息，控制数据的处理。 ２０１０年第４期 李海贵：通用雷达数据处理系统仿真测试平台设计 ３４１ 这里着重介绍一下目标轨迹拟制和参数输出 控制。 ３．２．１ 目标轨迹拟制 出点；哪帧虚警点是多少，在哪出现；杂波情况是 怎样的。 在目标轨迹及各种运动参数形成后，不能每 帧都向数据处理系统发送目标信息，而是根据目 现代战机的机动性能非常突出，转弯半径小， 甚至可以做眼镜蛇动作直接回头。如果有几架、 几十架，甚至上百架飞机同时作战，混乱的场面将 标位置、信噪比和雷达的发现概率等信息，计算出 某帧是否需要向数据处理发送目标参数信息。 因为所有雷达都会给出指定距离处目标发现 给雷达数据处理带来极大的挑战。 如何能检测数据处理的处理性能，首先能够 产生满足要求的复杂的目标运动轨迹，可通过以 下步骤完成。 第一步：生成轨迹曲线。因为任何轨迹可以 用曲线进行逼近，为此，这里可使用直线、Ｂ样条曲 线和圆弧进行任意组合，如图２所示；可以通过拐 点和矢量方向对曲线进行任意的修改，以达到需 要的目标运动轨迹，如图３所示。 图２轨迹曲线控制 图３最终目标运动轨迹 第二步：离散曲线。因为任意的曲线都可以 通过直线段进行逼近，因此，在目标运动轨迹形成 后，要根据雷达参数、目标运动特性等将曲线离散 化，形成直线段。 第三步：设置运动参数。离散化后，可在设置一 些主要节点上的参数信息，如高度、线速度、角速度 和加速度等，尤其要设置是转弯节点的参数信息，其 他节点可以通过内插和平滑进行计算获取。 ３．２．２参数输出控制 所有雷达都有发现概率和虚警率的问题，为 了更能逼近真实状态，要计算出目标在哪帧有输 概率和虚警率指标，因此，可以根据以下步骤计算 任意位置处目标的发现概率。 首先根据以下公式计算指定位置的信噪比嘲： ＰＤ一０．５×ｅｒｆｃ（￣／一ｌｎＰｆａ—ＪＳＮＲ＋０．５）（１） 式中， ｅｒｆｃ（ｚ）一１一 ｌ ｅ～ ｄ （２） √丁ｃＪ。 在实际使用中也可以建立发现概率、虚警率 和信噪比之间的关系表。只要知道其中两个就可 以查出第三个的具体数值。 其次，计算任意距离上的信噪比。 由雷达方程定义可知，在任意距离Ｒ处的 ＳＮＲ为 ｓＮＲ一高 （３） 如果知道特定距离标Ｒ。处的ＳＮＲ，用式（３） 表示为 （ＳＮＲ） （４） 将式（３）除以式（４）得： （ ＳＮＲ ） 一ｃ、Ｒ ㈤… 将式（５）的计算结果代入式（１），或通过查表， 可获得任意位置的目标的发现概率，这样就可以 规划出目标在运动轨迹上哪些点可以输出给雷达 数据处理系统了。 ３．３ 目标关联 目标关联是为数据分析做准备。因为必须知 道目标的真实值，才能分析出雷达数据处理的各 种处理性能。 目标关联算法相对简单，利用时间和位置信 息，雷达数据处理输出的目标首点和数据仿真处 理输出的目标进行相关，相关上后，结合目标状态 报信息，就可以简单地进行数据的补充了。 ３．４数据分析 数据分析模块主要采用数理统计手段，至少 ３４２ 雷达科学与技术 第８卷第４期 应该计算以下信息： 目标起始概率：根据数据仿真处理系统发送 的目标、虚警和杂波信息，统计目前起始的数量， 参考文献： ￣１３费利那Ａ，斯塔德Ｆ Ａ．雷达数据处理（第１卷）ＥＭ］． 匡永胜，张祖稷，译．北京：国防工业出版社，１９８８． 算出起始概率。 高机动目标跟踪：根据数据仿真处理系统设 置各中高机动轨迹，查看雷达数据处理的跟踪情 况，有无遗漏。 ［２］胡琳，万洋．基于动态规划的多目标的ＴＢＤ算法Ｉ－Ｊ］． 船舶电子工程，２０１０，３０（１）：７５—７７． Ｅ３］邓晓波，皮亦鸣，曹正林，等．基于ＴＢＤ方法的弱小目 目标交叉飞行：数据仿真处理系统拟定不同 角度、不同方向、交叉飞行的目标，查看雷达数据 处理是否能够准确跟踪，而不错批。－ 并行飞行：数据仿真处理系统拟定并行飞行 目标，查看有无错跟情况。 精度统计：统计各目标的速度、航向、高度、加 速度等参数信息，给出各个精度指标。 ４ 系统实现 本平台实现的主要工作在软件上，因为硬件 只需要两台通用的高性能ＰＣ机即可。 软件开发工具主要采用Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋６．０。因 为Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋６．０Ｃ＋＋语言函数比较丰富，实时 性强，图形处理功能完善，易于上手。 关系数据库系统使用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ａｃｃｅｓｓ ２０００。 次数据库功能强大，使用简单，适用于中小数据库 管理。 态势图显示采用Ｍａｐｌｎｆｏｒ ＭａｐＸ控件，通过 ＡｃｔｉｖｅＸ方式与Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋进行集成完成开发。 运行平台采用Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ操作系统。此操作 系统使用广泛，人性化的图形交互界面，易于使用。 ５ 结束语 雷达数据处理作为雷达系统的一个重要组成 部分，随着雷达技术的发展显得日益重要，其本身 的发展速度也很快，不断有新技术、新算法被采 用。但目前缺乏真实有效的环境来检测雷达数据 处理的各种性能指标，使得开发人员没有验证手 段，测试人员没有测试平台，难以保证雷达数据处 理能够满足未来战争的需要。 本文给出了雷达数据处理仿真测试平台的初 步设计，针对一些主要模块进行了详细的阐述，同 时给出了实现途径。准备在下一步研究中针对雷 达数据处理中不同算法的优缺点、适用的模型，完 善仿真测试平台。 标预警研究［Ｊ］．现代雷达，２００９，３１（１２）：５７—６１． ［４］Ｇｒｅｇ Ｗｅｌｃｈ，Ｇａｒｙ Ｂｉｓｈｏｐ．Ａｎ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ Ｋａｌｍａｎ Ｆｉｌｔｅｒ［Ｍ￣．Ｃｈａｐｅｌ Ｈｉｌｌ，ＮＣ：Ｉｓ．ｎ．］，２００６． ［５］梁卫星，周杰．多传感器跟踪系统自适应Ｋａｌｍａｎ滤波 融合［Ｊ］．传感器与微系统，２００９，２８（９）：４０—４３． ＬＩＡＮＧ Ｗｅｉ—ｘｉｎｇ。ＺＨ０Ｕ Ｊｉｅ．Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ ｂｙ Ｍｕｌｔｉ—Ｓｅｎｓｏｒ Ｆｕｓｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｋａｌｍａｎ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， ２００９，２８（９）：４０—４３．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［６］曾宪伟，方洋旺，王洪强，等．基于多模型时间配准的 雷达融合跟踪［Ｊ］．数据采集与处理，２００９，２４（６）： ８４０—８４３． Ｚｅｎｇ Ｘｉａｎｗｅｉ，Ｆａｎｇ Ｙａｎｇｗａｎｇ，Ｗａｎｇ Ｈｏｎｇｑｉａｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｒａｄａｒ Ｆｕｓｉｏｎ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍｕｌｔｉ— Ｍｏｄｅｌ Ｔｉｍｅ Ａｌｉｇｎｉｎｇ￣Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ＆Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２００９，２４（６）：８４０—８４３．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［７］盛琥，杨景曙，曾芳玲，等．引入输入估计的交互式多模 跟踪算法［Ｊ］．电子学报，２００９，３７（１２）：２８１０—２８１４。 ＳＨＥＮＧ Ｈｕ，ＹＡＮＧ Ｊｉｎｇ—ｓｈｕ，ＺＥＮＧ Ｆａｎｇ～ｌｉｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｍｏｄｅｌ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗｉｔｈ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｉｎｐｕｔ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｃｔａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２００９，３７（１２）：２８１０—２８１４．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［８］Ｍａｈａｆｚａ Ｂ Ｒ．雷达系统分析与设计（第２版）［Ｍ］．陈 志杰，罗群，沈齐，译．北京：电子工业出版社，２００４． 作者简介 李海贵男，１９７３年５月出生于安徽 桐城，１９９５年毕业于电子科技大学，主 要从事嵌入式软件测试、软件过程改 进等方面研究工作。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｈａｉｇｕｉ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｒｎ 孙俊平 男，１９７０年１０月出生于安 徽池州，１９９０年到四川大学数学系学 习，２００６年获得南京航空航天大学硕 士学位，现为中国电子科技集团公司 第三十八研究所高级工程师，主要从 事目标识别、数字图像处理、软件工程 化管理和嵌入式软件测试等方面研究 工作，曾发表论文１０余篇。 ＿
