基于空域特性的低空空域雷达目标检测

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252015V01．36No．93060-3068ISSN1000—6893CN11．1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu，cn基于空域特性的低空空域雷达目标检测陈唯实*，李敬中国民航科学技术研究院机场研究所，北京100028摘要：为实现基于非相参雷达的低空空域监视，提出一种基于空域特性的杂波抑制算法，通过构造“最优分类面”来区分复杂低空空域雷达图像中的小弱目标和杂波，极大改善了非相参雷达的低空探测能

2、力。首先，采用背景差分与固定阈值分割建立前景和背景统计模型。然后，基于该模型提取空域特性，建立马尔可夫随机场模型，从而自适应地调节“最优分类面”中的阈值。前景模型数据反映了待检测像素的聚集程度，背景模型数据反映了其相对位置。将本算法分别应用于X波段和S波段航海雷达获取的图像序列。检测结果表明：本算法在检测到低空空域小弱目标的同时，能够将虚警率保持在较低的水平，优于恒虚警检测等经典算法。最后，将本算法与已经实现的目标跟踪算法相结合，实现了一整套完整的低空空域雷达目标检测与跟踪算法。关键词：低空空域；雷达；目标；检测；最优分类面中图分

3、类号：V35；TN957．52文献标识码：A文章编号：1000—6893(201j)09—3060—09通用航空(以下简称“通航”)是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动，通常使用1000m以下的低空空域¨J。预计到2020年，中国通航飞机的数量将超过1万架，通航飞行总量将达200万飞行小时，年均增长19％。在通航迎来前所未有发展机遇的同时，作为通航主要活动区域的低空空域，其开放程度一直备受关注。与民航飞机相比，通航飞机体积小，飞行高度低，飞行活动灵活多样，加之其缺乏民航飞机配备的二次雷达应答机等设备，在飞行过程中有

4、可能偏离预设航路，侵入民航飞机的起降航路区域，影响民航航班正常运行，甚至被不法分子利用，威胁国家空防安全。因此，随着中国通航产业的发展与低空空域的逐步开放，对重要敏感目标、边境地带和机场区域的低空空域监视能力亟待加强。空域监视技术是保障飞行安全，提高运行效率的重要手段[2]。低空空域监视技术分为协同式和非协同式2类∞]。协同式监视技术需要地面设备与应答机协同工作，以二次雷达、多点定位和自动相关监视技术为代表；非协同式监视技术仅仅依靠地面设备独立工作，无需应答机协同工作，以一次雷达为代表。一次雷达具有架设方便及独立工作性强等特点，是

5、低空空域安全监视的重要手段，其虽然探测精度略低，但其无需机载航电设备协同工作，特别适用于探测通航飞机等非合作目标，在低空空域安全监视中具有不可替代的作用。自20世纪70年代以来，特别是“9·11”事件之后，世界各国陆续研制和装备了多种低空监视一次雷达，以加强对低空通航入侵目标(也包括低空飞行的民航目标)的监视与警戒[4]，如意大利的Pluto雷达L20、美国的Harrier雷达[5]、加拿大的Accipiter雷收稿日期：2014-08—26；退修日期：2014—11-15；录用日期：2014—11—24；网络出版时间：2014—

6、12·0117：11网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／deta¨／S1000—689320140324html基金项目：民航安全能力建设资金(142146903072)*通讯作者．Tel．：010．64481507E-mail：chenwsh@mailcastc．orgcr}引用格武

7、ChenWS．LiJ?Radartargetdetectioninlow-altitudeairspacewithspatialfeaturesEJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015．3

8、6(9)：3060．3068．昧唯卖，李敬．基f空域特性的低空空域雷达目标检弱￡JI．航空学报t2015．36(9)：3060—3068．堕兰室竺!苎三皇苎竺竺竺堡窒皇苎重兰!堡竺型!!!!达‘6

9、、法国的TRS-2105／2106雷达[21等。民用航海雷达是一种典型的一次雷达，具有成本低、可靠性高的特点，Harrier和Accipiter等低空监视雷达均采用民用航海雷达作为前端[5_6]。但此类雷达属于一次非相参雷达，不具备全相参雷达的动目标显示(MovingTargetIndication，MTI)和动目标检测(MovingT

10、argetDetection，MTD)等多普勒杂波抑制技术[7]。另外，由于低空监视雷达的工作环境可能极其恶劣，即使不计成本，采用最佳的多普勒杂波抑制技术，也难以把杂波完全抑制干净H]。因此，为控制成本，提高产品竞争力，国外低空监视雷达一般在对民用