机载前视风切变雷达自适应杂波抑制技术

风切变（Ｗｉｎｄｓｈｅａｒ）是气象中一种独特的现象。它是指大气中一段很小的距离内，风速、风向单独或两者同时发生急剧变化。出现在６００米以下的叫低空风切变。由于低空风切变具有变化时间短、范围小、强度大等特点，在这种环境中飞行，相应地就要发生突然性的空速变化，空速变化引起升力变化，升力变化又引起飞行高度的变化。如果遇到空速突然减小，而飞行员又未能立即采取措施，飞机就要掉高度，以至发生飞行事故。据资料统计，从１９７０年至１９８５年这１５年中，由于低空风切变所造成的空难事故就有２８起，死亡近７００人，伤近３００人。因此，低空风切变被称为“空中杀手”、“空中妖魔”。

机载雷达由于其有效的远视距和对低空及地面目标的俯视效果而受到重视，但机载雷达也面临着地基雷达所无法比拟的复杂杂波环境，例如，低的信噪比、平台运动所造成的杂波谱中心偏移和频谱展宽等。因此，在进行目标检测的处理之前，要完成对地物杂波的抑制，以减弱地杂波对信号检测的影响。

目前，常用的机载前视风切变雷达地杂波抑制技术主要包括：双极高通Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ滤波器，基于ＭＴＩ和ＡＭＴＩ的杂波抑制方法，自适应杂波抑制方法等。本文提出将基于ＬＭＳ的自适应技术应用于机载前视风切变雷达的地杂波抑制当中，给出易于工程化实现的方法和计算机仿真结果，并分析其杂波抑制效果。机载前视风切变雷达下视工作时，天线波束照射区内地面散射体的回波通过天线进入接收机，形成地杂波。尤其在低空风切变探测中，由于飞机处在起飞或着陆阶段，此时高度很低（３００米左右），杂波回波功率相当强。当天线旁瓣电平较高时，旁瓣杂波功率较强，微下击暴流信号等气象回波较弱，甚至可能被杂波完全淹没。典型的机载雷达地杂波经接收机单边带滤波后的频谱如图１所示，它由主瓣杂波、高度线杂波、旁瓣杂波频谱组成。其中高度线杂波可以用固定运动目标指示（ＭＴＩ）将其很好的对消掉；而副瓣杂波与主瓣杂波相比要小的多，因此我们将主要讨论对主瓣杂波的抑制。

在工程应用中，可认为机载雷达主波束的照射区为一平面，根据网格分析法，这一平面可看成有很多杂波散射单元组成。下面我们以

中间距离波门为中心，将看成一个散射体来分析该波门的回波频谱。如图１所示，图中为载机的水平飞行速度，为照射区中间距离

波门的中心点。由以上分析可知，杂波分辨单元的空间位置与多谱勒频率有很强的相关性，用传统的固定多谱勒频率滤波器难以将地杂波滤除干净，而针对运动的离散杂波更是无能为力。

下面将主要介绍一种基于ＬＭＳ（最小均方误差）的自适应滤波器，它可以主动跟踪主瓣杂波的多普勒频率，还具有消除离散杂波的能力，希望能够早日应用于工程实践中。传统的地面和机载雷达杂波抑制系统中经常使用的是固定陷波器，例如双极高通Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ滤波器，ＭＴＩ等。我们必须适度的设置陷波器“凹口“的位置与宽度，使滤波器频率响应特性的“凹口”对准杂波的平均多普勒频率，以保证能足够抑制掉主瓣杂波。但在实际情况中，杂波往往是运动的，比如云雨、铂条等，尤其对于机载前视风切变雷达来讲，就更要考虑运动杂波的影响，这时就需要采用自适应技术，来抑制复杂的运动杂波。在机载前视风切变雷达的低空风切变探测当中，我们所面临的不仅仅是复杂的运动杂波，而且由于此时飞机高度低，地杂波功率相当大，信杂比可达－２５ｄＢ左右。用传统的杂波抑制方法根本无法有效的抑制地杂波，但这种基于ＬＭＳ的自适应杂波抑制滤波器却可以根据相应的ＬＭＳ自适应算法不断修正滤波器的加权系数，从而使杂波信号与参考信号之间的误差均方值最小，使二者之间的相关程度最高，然后通过对消，达到最大限度的消除地杂波的目的。因此，这种自适应杂波抑制滤波器可以自动跟踪主瓣杂波的多普勒频率，还具有消除离散杂波的能力，在机载前视风切变雷达的低空风切变探测应用当中尤为突出。本文介绍风切变现象的相关知识，并对机载前视风切变雷达地杂波信号的多谱勒频谱进行了简要的分析推导。在此基础上介绍了基于ＬＭＳ的自适应杂波抑制滤波器，并将其具体应用于机载前视风切变雷达地杂波抑制当中，通过对仿真系统产生的雷达回波信号进行自适应滤波处理，证明这种基于ＬＭＳ的自适应杂波抑制滤波器在甚低ＳＣＲ（－２５ｄＢ）情形下仍具有良好的滤波效果，且易于工程化实现。

１

机载前视风切变雷达地杂波频谱

２

基于ＬＭＳ（最小均方误差）的自适应杂波抑制滤波器

３

结语

参考文献

图１通过单边带滤波后的地杂波频谱

通过［１］洛文成．机载前视风切变气象雷达信号处理研究［Ｄ］．西安：西北工业大学，２００１

［２］赖真琴．机载雷达多目标软件仿真［Ｄ］．四川：中国西南电子技术研究所，２００４

［３］孙洁．机载雷达地杂波抑制技术研究［Ｄ］．成都：电子科技大学，１９９９［４］焦中生．气象雷达原理［Ｍ］．北京：气象出版社，２００５

［５］马振骅．气象雷达回波信息原理［Ｍ］．北京：科学出版社，１９８６

（收稿日期：２０１１－０３－０３）

机载前视风切变雷达自适应杂波抑制技术

郭惠军

汪亚杰

徐扬

（中国商飞上海飞机设计研究院）

摘要关键词在对机载前视风切变雷达地杂波特性简要分析的基础上，文中提出了一种基于最小均方误差（ＬＭＳ）的自适应杂波抑制滤波器，介绍了这种自适应滤波器的基本原理，并将其具体应用于机载前视风切变雷达地杂波抑制当中，最后利用ＮＡＳＡＬａｎｇｌｅｙ研究中心提供的机载风切变雷达回波仿真数据，给出计算机滤波结果。理论分析和滤波结果均表明这种基于ＬＭＳ的自适应杂波抑制滤波器在信杂比为－２５ｄＢ的条件下仍具有较好的地杂波抑制能力，这种滤波器结构简单，便于工程实现。

风切变雷达地杂波抑制自适应滤波器信杂比（接３３页）参考文献

作者简介［１］国家环保总局网站．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｚｈｂ．ｇｏｖ．ｃｎ．

［２］孙英杰，赵由才．危险废物处理技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００６：１５

［３］陈利秋．中国有害废物污染现状与控制对策探讨．环境科学，１９９４，１５（５）：８３

［４］国家环保局．化学工业固体废物治理．中国环境科学出版社，１９９１［５］秦阳．工业危险废物焚烧处置与管理．环境保护科学，１９９８，２４（３）：１９￣２３

［６］胡秀荣，等．中国危险废物处理处置技术现状和结构分析．世界地质，２００１，２０９（１）：６２￣６５

勾红英（１９７１－），女，四川理工学院材料与化学工程学院，讲师。研究方向：安全科学与技术。

（收稿日期：２０１１－０２－１６）