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摘要：二次监视雷达因为拥有准确报告目标的位置、高度、身份等优点，广泛的应用于民航空管系统中。但是在同一个时段内，虚假目标会因为同频干扰的产生而存在，对管制员的工作和空中交通的有序运行造成了很大的影响，所以必须对二次雷达的干扰目标进行识别和抑制。本论文结合工程实践，使用Matlab软件进行仿真实验，分析旁瓣抑制处理方法、滑窗法和多路径效应目标处理等方法对虚假目标的抑制作用。
关键词：单脉冲二次雷达；旁瓣抑制；滑窗法；多路径效应
0 引言
现今的雷达管制下，每天有大量的飞行目标数据需要处理，以达到空中交通安全的目的，因此，具有能够获取空中目标位置、高度、二次代码的空管二次监视雷达，可以广泛的应用在空中交通管理中。但是也应为二次监视雷达在工作中均使用Lx频段，在同一时段使用相同的询问频率和应答频率，这就造成了同频干扰，容易引起虚假目标的形成。同时因为空中交通通信密度的增加，二次雷达所需处理的目标数目也大大增多，使得航管以及識别工作中存在的窜扰和虚假目标等问题日趋严重。所以这些对二次雷达在高密度应答环境下有效去除干扰提出了更高的要求。
本文从二次雷达的工作原理出发，分析虚假目标的形成原因，通过软件仿真，由仿真得出的结果分析旁瓣抑制处理方法、滑窗法和多路径效应目标处理等方法对虚假目标的抑制作用。
1 虚假目标的形成原因
对于雷达本身来说，因为雷达天线阵向外辐射的信号最大方向为主瓣信号，其他方向存在旁瓣，在发射机功率过大的情况下，接收机未能很好的抑制旁瓣询问，那么旁瓣发射询问信号后也会接收到本该由主瓣接收的应答信号，导致该应答信号被处理器处理成为目标报告，即形成虚假目标。
对于现场架设环境来说，二次雷达站周围电磁环境改变，有电磁干扰的情况下，会对询问波束产生影响，或者在询问波束的路径上存在高地物，导致主瓣分裂，应答信号相当于被两个主瓣所接收，会引起目标分裂，形成虚假信号。所以，二次雷达站周围的电磁环境以及地形地物需要严格控制在一定范围内，尽量减少来自环境对信号的干扰。
对于目标环境来说，复杂而又密集的飞行环境下，航空器同时或者接近于同时对询问信号做出应答，这时应答代码交叠也容易导致同步混淆，处理器不能准确的处理应答信号，造成虚假目标的形成。
旁瓣应答虚假目标
如果雷达指向性不好，探测能力下降，很有可能是旁瓣过大，主瓣变小而造成的。由于单脉冲二次雷达询问天线旁瓣的存在，旁瓣与主瓣一同发射询问信号，机载应答机接收到询问信号后，很有可能对旁瓣发出的询问做出应答，那么就产生了旁瓣应答虚假目标。普通雷达由于旁瓣应答而引起的虚假目标问题较之单脉冲雷达要小得多，这是因为普通雷达的探测波束传播距离是单脉冲二次雷达收到机载应答机应答信息传播距离的两倍，它所接收到的旁瓣应答信号比之单脉冲二次雷达要弱。
异步干擾目标
如果一架飞机在飞行过程中被多个单脉冲二次雷达的探测距离所覆盖，则会出现这样一种情况，一部雷达发出询问信号后，机载应答机给出响应，但是这个响应回波信号被另外一部雷达的主瓣或者旁瓣接收到，那么相对于后者来说，就形成了异步干扰目标。
多路径效应产生的发射目标
多路径效应是雷达探测目标中干扰测量质量的主要原因之一。多路径效应与回声的情况类似，在雷达接收机接收到机载应答机的回波信号的同时，还能够接收到其他反射体的存在而造成的反射干扰信号，在接收机接收到的真实目标信号与这些反射、散射干扰信号之间形成随机干涉，引起多路径效应。目前多路径效应只能通过一些辅助手段进行减弱，无法完全消除。
2 虚假目标的抑制
二次雷达接收目标的应答信号后，通过录取器以及雷达数据处理终端的处理，对目标的应答信号进行角度分离，航迹外推和目标识别，能够很大程度的减少通道旁瓣接收应答信号引起的内部干扰，提高了识别精度和分辨能力，达到消除虚假目标的目的。
旁瓣抑制处理方法
现阶段国内外二次雷达系统大都按照接收机旁瓣抑制方式（RSLS）工作，发射询问信号是通过单脉冲询问天线的和波束，接收机载应答机信号是通过和波束、差波束共同完成，再由接收机处理应答信号，送入雷达头处理器，通过录取器形成原始视频信号，得到目标报告，后续可能再接入雷达终端数据处理器，将所有覆盖范围内的应答目标显示在屏幕上。
由上图可以看出，差波束在主方向以外的幅度表现的比较大，在主方向上具有很深的零值，这样就能够有效地覆盖和波束的旁瓣，也能够压缩主瓣的宽度，提高询问角分辨率，这样可以覆盖掉和波束的较宽旁瓣。利用旁瓣抑制技术可以去除大多数的FRUIT应答。
旁瓣抑制处理对询问信号幅度影响的仿真结果如图2.2所示。
图中，前者为旁瓣抑制处理后询问信号的幅度，后者为处理之前询问信号的幅度。由仿真结果可得，采用此方法前，存在的旁瓣较多且辐射过高，覆盖范围很广，使用旁瓣抑制法可以很好的抑制旁瓣的信号幅度，防止接收机的回波信号被旁瓣所接收，能够滤除旁瓣应答信号，达到减少重叠虚假目标存在的目的。
滑窗法
滑窗法广泛的应用于传统的二次雷达中，这个方法对应答信号的交叠处理有很显著的效果。首先检测框架，如果在应答的间隔，存在脉冲对，说明在此期间有目标进行应答，反之则无。在应答间隔中存在脉冲对的话，需要进行去幻影，处理方法如图2.3所示。去幻影处理是为了解除应答框架的重叠，使雷达能够准确的提取出应答码，保留真实的框架，并对代码进行0或1的定义。
这种方法的主要优点有：
1、方法较为简单，在飞行密集度不高的环境下，能够准确的识别大多数的干扰目标。
2、因为框架脉冲检测，能够查询应答脉冲间隔时间里有无脉冲对的存在，即可确定每个应答脉冲的位置。 3、在飞行密集度不高的情况下，还能够检测出可能存在的框架，不会造成目标遗漏。
采用滑窗法对询问脉冲压缩的仿真结果如图2.4所示。
加窗与未加窗对询问脉冲压缩的仿真对比如图2.5所示。
由仿真结果进行分析，结果表明，加窗后的主旁瓣比变大，旁瓣降低到40db以下，但主瓣的宽度却增加了，约为未加窗时的1.5倍，主瓣也有一定的损失，但是这些损失对于二次雷达在空中交通管理上来讲，探测范围没有任何影响，因为只需要其覆盖250海里即可，也可以通过提高雷达辐射功率等级来减少主瓣损耗。利用滑窗法对询问脉冲进行压缩输出后，可以更大限度的保留真实目标的应答框架，在飞行密集度不高的情况下，还能够检测出可能存在的框架，减少目标的遗漏。
多路径效应目标处理
在一部雷达覆盖范围内，使用可编程的灵敏度-时间控制和增益-时间控制方法，将这个范围划分为多个扇区，每一个扇区配置不同的灵敏度和增益，標准各不相同，可以在一定程度上抑制多路径效应产生的反射目标。但是基本上，通过目标报告的特征难以看出多路径效应形成的反射虚假目标和真实的目标有什么区别，这些反射虚假目标照样能够形成航迹信息，所以要想对它们进行识别并抑制，最好的办法就是利用目标报告的历史数据和放射物的信息分布来降低它们对真实目标判定所造成的干扰。
在多路径效应抑制前，因为雷达接收机接收到机载应答机的回波信号的同时，还能够接收到其他反射体的存在而造成的反射干扰信号，在接收机接收到的真实目标信号与这些反射、散射干扰信号之间形成随机干涉，应答信号在反射路径上的仿真结果如图2.6所示。
对于多路径效应的雷达回波抑制处理的仿真结果如图2.7所示。
仿真结果表明，反射路径的信号脉冲宽度未经压缩，难以判断真实回波信号的数目，这是因为应答信号在回波路径上容易被其他反射体干扰而形成反射信号，而经过多路径效应抑制处理后，可以判断应答目标的位置，很好的消除了反射目标的影响。
3 结束语
本文分析了单脉冲二次雷达虚假目标产生的三种原因，根据不同的虚假目标产生机理，可以将其分为旁瓣应答虚假目标、异步干扰目标和多路径效应引起的虚假目标等三种，并针对这三种情况下产生的虚假目标问题进行说明。而在虚假目标的抑制方法上，主要探讨了旁瓣抑制处理方法、滑窗法和多路径效应目标处理方法的不同，其中還融入了单脉冲天线和差方向性图、应答框架脉冲的概念、扇区灵敏度和增益的设置等来帮助阐释这几种主要的虚假目标抑制方法。在上述各种抑制方法的理论基础上，针对旁瓣抑制处理方法、滑窗法和多路径效应目标处理等方法，仿真实验了这些方法对于询问脉冲幅度、压缩程度等对目标抑制的不同作用，结果表明采用这些方法后对虚假目标的识别与抑制能够起到良好的作用。
参考文献
[1] 马林.雷达目标识别技术综述.《现代雷达》.2011-06-15.
[2] 苏志刚.二次雷达设备.中国民用航空学院印制，2001.
[3] 左量.二次雷达干扰现象的分析与解决.1671-7597（2012）0210010一01.
[4] 张兴旺，王磊.单脉冲二次雷达的假目标抑制.《现代雷达》.2010-9.
关键词：单脉冲二次雷达；旁瓣抑制；滑窗法；多路径效应
0 引言
现今的雷达管制下，每天有大量的飞行目标数据需要处理，以达到空中交通安全的目的，因此，具有能够获取空中目标位置、高度、二次代码的空管二次监视雷达，可以广泛的应用在空中交通管理中。但是也应为二次监视雷达在工作中均使用Lx频段，在同一时段使用相同的询问频率和应答频率，这就造成了同频干扰，容易引起虚假目标的形成。同时因为空中交通通信密度的增加，二次雷达所需处理的目标数目也大大增多，使得航管以及識别工作中存在的窜扰和虚假目标等问题日趋严重。所以这些对二次雷达在高密度应答环境下有效去除干扰提出了更高的要求。
本文从二次雷达的工作原理出发，分析虚假目标的形成原因，通过软件仿真，由仿真得出的结果分析旁瓣抑制处理方法、滑窗法和多路径效应目标处理等方法对虚假目标的抑制作用。
1 虚假目标的形成原因
对于雷达本身来说，因为雷达天线阵向外辐射的信号最大方向为主瓣信号，其他方向存在旁瓣，在发射机功率过大的情况下，接收机未能很好的抑制旁瓣询问，那么旁瓣发射询问信号后也会接收到本该由主瓣接收的应答信号，导致该应答信号被处理器处理成为目标报告，即形成虚假目标。
对于现场架设环境来说，二次雷达站周围电磁环境改变，有电磁干扰的情况下，会对询问波束产生影响，或者在询问波束的路径上存在高地物，导致主瓣分裂，应答信号相当于被两个主瓣所接收，会引起目标分裂，形成虚假信号。所以，二次雷达站周围的电磁环境以及地形地物需要严格控制在一定范围内，尽量减少来自环境对信号的干扰。
对于目标环境来说，复杂而又密集的飞行环境下，航空器同时或者接近于同时对询问信号做出应答，这时应答代码交叠也容易导致同步混淆，处理器不能准确的处理应答信号，造成虚假目标的形成。
旁瓣应答虚假目标
如果雷达指向性不好，探测能力下降，很有可能是旁瓣过大，主瓣变小而造成的。由于单脉冲二次雷达询问天线旁瓣的存在，旁瓣与主瓣一同发射询问信号，机载应答机接收到询问信号后，很有可能对旁瓣发出的询问做出应答，那么就产生了旁瓣应答虚假目标。普通雷达由于旁瓣应答而引起的虚假目标问题较之单脉冲雷达要小得多，这是因为普通雷达的探测波束传播距离是单脉冲二次雷达收到机载应答机应答信息传播距离的两倍，它所接收到的旁瓣应答信号比之单脉冲二次雷达要弱。
异步干擾目标
如果一架飞机在飞行过程中被多个单脉冲二次雷达的探测距离所覆盖，则会出现这样一种情况，一部雷达发出询问信号后，机载应答机给出响应，但是这个响应回波信号被另外一部雷达的主瓣或者旁瓣接收到，那么相对于后者来说，就形成了异步干扰目标。
多路径效应产生的发射目标
多路径效应是雷达探测目标中干扰测量质量的主要原因之一。多路径效应与回声的情况类似，在雷达接收机接收到机载应答机的回波信号的同时，还能够接收到其他反射体的存在而造成的反射干扰信号，在接收机接收到的真实目标信号与这些反射、散射干扰信号之间形成随机干涉，引起多路径效应。目前多路径效应只能通过一些辅助手段进行减弱，无法完全消除。
2 虚假目标的抑制
二次雷达接收目标的应答信号后，通过录取器以及雷达数据处理终端的处理，对目标的应答信号进行角度分离，航迹外推和目标识别，能够很大程度的减少通道旁瓣接收应答信号引起的内部干扰，提高了识别精度和分辨能力，达到消除虚假目标的目的。
旁瓣抑制处理方法
现阶段国内外二次雷达系统大都按照接收机旁瓣抑制方式（RSLS）工作，发射询问信号是通过单脉冲询问天线的和波束，接收机载应答机信号是通过和波束、差波束共同完成，再由接收机处理应答信号，送入雷达头处理器，通过录取器形成原始视频信号，得到目标报告，后续可能再接入雷达终端数据处理器，将所有覆盖范围内的应答目标显示在屏幕上。
由上图可以看出，差波束在主方向以外的幅度表现的比较大，在主方向上具有很深的零值，这样就能够有效地覆盖和波束的旁瓣，也能够压缩主瓣的宽度，提高询问角分辨率，这样可以覆盖掉和波束的较宽旁瓣。利用旁瓣抑制技术可以去除大多数的FRUIT应答。
旁瓣抑制处理对询问信号幅度影响的仿真结果如图2.2所示。
图中，前者为旁瓣抑制处理后询问信号的幅度，后者为处理之前询问信号的幅度。由仿真结果可得，采用此方法前，存在的旁瓣较多且辐射过高，覆盖范围很广，使用旁瓣抑制法可以很好的抑制旁瓣的信号幅度，防止接收机的回波信号被旁瓣所接收，能够滤除旁瓣应答信号，达到减少重叠虚假目标存在的目的。
滑窗法
滑窗法广泛的应用于传统的二次雷达中，这个方法对应答信号的交叠处理有很显著的效果。首先检测框架，如果在应答的间隔，存在脉冲对，说明在此期间有目标进行应答，反之则无。在应答间隔中存在脉冲对的话，需要进行去幻影，处理方法如图2.3所示。去幻影处理是为了解除应答框架的重叠，使雷达能够准确的提取出应答码，保留真实的框架，并对代码进行0或1的定义。
这种方法的主要优点有：
1、方法较为简单，在飞行密集度不高的环境下，能够准确的识别大多数的干扰目标。
2、因为框架脉冲检测，能够查询应答脉冲间隔时间里有无脉冲对的存在，即可确定每个应答脉冲的位置。 3、在飞行密集度不高的情况下，还能够检测出可能存在的框架，不会造成目标遗漏。
采用滑窗法对询问脉冲压缩的仿真结果如图2.4所示。
加窗与未加窗对询问脉冲压缩的仿真对比如图2.5所示。
由仿真结果进行分析，结果表明，加窗后的主旁瓣比变大，旁瓣降低到40db以下，但主瓣的宽度却增加了，约为未加窗时的1.5倍，主瓣也有一定的损失，但是这些损失对于二次雷达在空中交通管理上来讲，探测范围没有任何影响，因为只需要其覆盖250海里即可，也可以通过提高雷达辐射功率等级来减少主瓣损耗。利用滑窗法对询问脉冲进行压缩输出后，可以更大限度的保留真实目标的应答框架，在飞行密集度不高的情况下，还能够检测出可能存在的框架，减少目标的遗漏。
多路径效应目标处理
在一部雷达覆盖范围内，使用可编程的灵敏度-时间控制和增益-时间控制方法，将这个范围划分为多个扇区，每一个扇区配置不同的灵敏度和增益，標准各不相同，可以在一定程度上抑制多路径效应产生的反射目标。但是基本上，通过目标报告的特征难以看出多路径效应形成的反射虚假目标和真实的目标有什么区别，这些反射虚假目标照样能够形成航迹信息，所以要想对它们进行识别并抑制，最好的办法就是利用目标报告的历史数据和放射物的信息分布来降低它们对真实目标判定所造成的干扰。
在多路径效应抑制前，因为雷达接收机接收到机载应答机的回波信号的同时，还能够接收到其他反射体的存在而造成的反射干扰信号，在接收机接收到的真实目标信号与这些反射、散射干扰信号之间形成随机干涉，应答信号在反射路径上的仿真结果如图2.6所示。
对于多路径效应的雷达回波抑制处理的仿真结果如图2.7所示。
仿真结果表明，反射路径的信号脉冲宽度未经压缩，难以判断真实回波信号的数目，这是因为应答信号在回波路径上容易被其他反射体干扰而形成反射信号，而经过多路径效应抑制处理后，可以判断应答目标的位置，很好的消除了反射目标的影响。
3 结束语
本文分析了单脉冲二次雷达虚假目标产生的三种原因，根据不同的虚假目标产生机理，可以将其分为旁瓣应答虚假目标、异步干扰目标和多路径效应引起的虚假目标等三种，并针对这三种情况下产生的虚假目标问题进行说明。而在虚假目标的抑制方法上，主要探讨了旁瓣抑制处理方法、滑窗法和多路径效应目标处理方法的不同，其中還融入了单脉冲天线和差方向性图、应答框架脉冲的概念、扇区灵敏度和增益的设置等来帮助阐释这几种主要的虚假目标抑制方法。在上述各种抑制方法的理论基础上，针对旁瓣抑制处理方法、滑窗法和多路径效应目标处理等方法，仿真实验了这些方法对于询问脉冲幅度、压缩程度等对目标抑制的不同作用，结果表明采用这些方法后对虚假目标的识别与抑制能够起到良好的作用。
参考文献
[1] 马林.雷达目标识别技术综述.《现代雷达》.2011-06-15.
[2] 苏志刚.二次雷达设备.中国民用航空学院印制，2001.
[3] 左量.二次雷达干扰现象的分析与解决.1671-7597（2012）0210010一01.
[4] 张兴旺，王磊.单脉冲二次雷达的假目标抑制.《现代雷达》.2010-9.