本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雷達(dá)航跡起始方法，具體涉及一種基于位置信息和多普勒信息的雷達(dá)航跡起始方法，可用于目標(biāo)跟蹤。

背景技術(shù)：

航跡起始是目標(biāo)跟蹤的第一步，它是建立新的檔案目標(biāo)的決策方法，主要包括暫時(shí)航跡和航跡確定兩個(gè)方面，其主要原理是利用觀測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際場(chǎng)景數(shù)據(jù)構(gòu)造約束條件選取相應(yīng)的量測(cè)向量建立航跡，是目標(biāo)航跡處理的首要問題，其任務(wù)是根據(jù)雷達(dá)多次的觀測(cè)數(shù)據(jù)確定掃描區(qū)域中潛在的目標(biāo)，并給出目標(biāo)的初始狀態(tài)估計(jì)。航跡起始作為目標(biāo)跟蹤的前提和基礎(chǔ)，直接影響著雷達(dá)系統(tǒng)的跟蹤性能。

按照數(shù)據(jù)處理方式的不同，航跡起始方法分為兩大類：順序處理技術(shù)類和批處理技術(shù)類。順序處理技術(shù)的代表方法有直觀法和邏輯法。直觀法的主要處理思路是，利用最大速度與最大加速度作為約束條件，關(guān)聯(lián)滿足該約束條件的量測(cè)向量作為有效量測(cè)向量，如果連續(xù)N次掃描中有效量測(cè)向量超過M個(gè)，則認(rèn)為由M個(gè)有效量測(cè)向量構(gòu)成的航跡，是目標(biāo)航跡。邏輯法的主要處理思路是，首先利用最大速度約束等條件形成暫態(tài)航跡，然后通過航跡預(yù)測(cè)和關(guān)聯(lián)波門來(lái)篩選目標(biāo)量測(cè)向量，如果連續(xù)N次掃描中有效量測(cè)向量數(shù)目超過M個(gè)，則認(rèn)為由M個(gè)有效量測(cè)向量構(gòu)成的航跡是目標(biāo)航跡，但是由于順序處理技術(shù)利用最大速度約束選取有效量測(cè)向量，導(dǎo)致關(guān)聯(lián)區(qū)域較大，容易形成虛假航跡，造成航跡起始效率低。邏輯法利用航跡預(yù)測(cè)與關(guān)聯(lián)波門對(duì)目標(biāo)量測(cè)向量進(jìn)行篩選，剔除了虛假航跡，與用兩個(gè)簡(jiǎn)單規(guī)則來(lái)減少可能起始航跡的直觀法相比，提高了航跡起始的概率，有效地提升了航跡起始效率。批處理技術(shù)的代表有Hough變換法及其改進(jìn)方法。Hough變換法的主要處理思路是，將多次掃描的回波數(shù)據(jù)視做一副圖像，通過Hough變換檢測(cè)圖像中是否存在直線元素，以此判斷是否存在目標(biāo)航跡，但是批處理技術(shù)利用Hough變換將多次掃描的數(shù)據(jù)聯(lián)合處理，盡管可以提供較好的航跡起始性能，但計(jì)算量較大，不利于工程應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種基于位置信息和多普勒信息的雷達(dá)航跡起始方法，用于解決現(xiàn)有順序處理技術(shù)類的方法中存在的航跡起始效率低的技術(shù)問題。

本發(fā)明的技術(shù)思路是：首先利用航跡頭構(gòu)建距離約束條件，同時(shí)利用最大速度構(gòu)建空間位置約束條件，關(guān)聯(lián)雷達(dá)下次掃描中與航跡頭處于同一多普勒通道且同時(shí)滿足距離約束條件和空間位置約束條件的量測(cè)向量，然后更新距離約束條件，繼續(xù)關(guān)聯(lián)，直至所有的量測(cè)向量都完成關(guān)聯(lián)操作，最后根據(jù)關(guān)聯(lián)結(jié)果按照航跡起始準(zhǔn)則建立穩(wěn)定起始航跡。其具體步驟包括如下：

基于位置信息和多普勒信息的雷達(dá)航跡起始方法，包括如下步驟：

(1)計(jì)算雷達(dá)最大不模糊速度V_f；

(2)將第k-N次掃描中得到的未被已有穩(wěn)定航跡關(guān)聯(lián)的量測(cè)向量集合中第i個(gè)量測(cè)向量z_k-N,i作為航跡頭，記該航跡頭所在多普勒通道為L(zhǎng)，根據(jù)航跡頭中包含的多普勒測(cè)量值f_k-N,i，計(jì)算航跡頭對(duì)應(yīng)的徑向速度集合v_k-N,i，其中，k是雷達(dá)掃描的時(shí)間索引，N是航跡起始的時(shí)間窗長(zhǎng)；

(3)從航跡頭對(duì)應(yīng)的徑向速度集合v_k-N,i中選取模糊次數(shù)為m的徑向速度v_k-N,i,m；

(4)設(shè)當(dāng)前徑向速度為v＝v_k-N,i,m，令l＝k-N，n＝1；

(5)根據(jù)當(dāng)前徑向速度v，按照下式計(jì)算其對(duì)應(yīng)的距離預(yù)測(cè)值和距離預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差

其中，表示第l次掃描的有效量測(cè)向量集合中第i_l個(gè)有效量測(cè)向量包含的距離測(cè)量值，表示有效量測(cè)向量對(duì)應(yīng)的測(cè)距精度，表示有效量測(cè)向量對(duì)應(yīng)的測(cè)速精度，T_s表示對(duì)當(dāng)前波位的下次掃描所需的時(shí)間間隔；

當(dāng)l＝k-N時(shí)，第l次掃描的有效量測(cè)向量集合中僅包含z_k-N,i；當(dāng)l＞k-N時(shí)，第l次掃描的有效量測(cè)向量集合包含以下量測(cè)向量：第l次掃描中所有與航跡頭關(guān)聯(lián)且位于第L個(gè)多普勒通道的量測(cè)向量；

(6)根據(jù)步驟(5)中得到的距離預(yù)測(cè)值和距離預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差構(gòu)建距離約束條件：

其中，g表示約束系數(shù)，ρ_l+n,j表示第l+n次掃描位于第L個(gè)多普勒通道的量測(cè)向量集合z_(l+n)∩L中第j個(gè)量測(cè)向量z_(l+n)∩L,j包含的距離測(cè)量值，σ_ρ,l+n,j表示量測(cè)向量z_(l+n)∩L,j對(duì)應(yīng)的測(cè)距精度；

(7)設(shè)定目標(biāo)的最大空間速度為V_max，構(gòu)建空間位置約束條件：選取量測(cè)向量集合z_(l+n)∩L中的量測(cè)向量與有效量測(cè)向量的得到笛卡爾空間距離小于等于nV_maxT_s；

(8)判斷量測(cè)向量集合z_(l+n)∩L中是否存在同時(shí)滿足距離約束條件和空間位置約束條件的量測(cè)向量：

若是，當(dāng)l+n≠k-1時(shí)，將有效量測(cè)向量與同時(shí)滿足兩個(gè)約束條件的量測(cè)向量分別進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并更新當(dāng)前徑向速度v，令n＝1，l＝l+n，并執(zhí)行步驟(5)；當(dāng)l+n＝k-1時(shí)，將有效量測(cè)向量與同時(shí)滿足兩個(gè)約束條件的量測(cè)向量分別進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并執(zhí)行步驟(9)；

若否，當(dāng)l+n≠k-1時(shí)，令n＝n+1，并執(zhí)行步驟(5)；當(dāng)l+n＝k-1，執(zhí)行步驟(9)；

(9)按照航跡起始準(zhǔn)則，建立穩(wěn)定起始航跡；

(10)對(duì)徑向速度集合v_k-N,i中的所有徑向速度進(jìn)行遍歷，當(dāng)徑向速度集合v_k-N,i中的所有徑向速度均被遍歷，遍歷第k-N次掃描中得到的所有未被已有穩(wěn)定航跡關(guān)聯(lián)的量測(cè)向量，得到一條或多條穩(wěn)定起始航跡。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明由于在判斷量測(cè)向量的過程中，采用多普勒測(cè)量信息構(gòu)建距離約束條件，同時(shí)采用位置信息構(gòu)建空間約束條件，并關(guān)聯(lián)同時(shí)符合距離約束條件和空間約束條件的量測(cè)向量，有效地剔除了虛假量測(cè)向量，抑制虛假航跡，進(jìn)而提高了航跡起始的概率，與現(xiàn)有航跡起始技術(shù)相比，有效地提升了航跡起始效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程框圖；

圖2是本發(fā)明與邏輯法虛假航跡概率仿真對(duì)比圖；

圖3是本發(fā)明與邏輯法虛假航跡平均數(shù)量仿真對(duì)比圖；

圖4是本發(fā)明與邏輯法航跡起始概率仿真對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：

參照?qǐng)D1，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1，計(jì)算雷達(dá)最大不模糊速度V_f。

計(jì)算雷達(dá)最大不模糊速度V_f：

其中，λ表示雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，f_r表示脈沖重復(fù)頻率。

步驟2，計(jì)算徑向速度集合v_k-N,i。

根據(jù)航跡頭z_k-N,i中的多普勒頻率測(cè)量值f_k-N,i和最大不模糊速度V_f，計(jì)算量測(cè)向量z_k-N,i對(duì)應(yīng)的徑向速度集合v_k-N,i，以下所述量測(cè)向量均表示未被已有穩(wěn)定航跡關(guān)聯(lián)的量測(cè)向量，且量測(cè)向量包含距離測(cè)量值、方位角測(cè)量值和多普勒測(cè)量值：

(2.1)計(jì)算z_k-N,i中多普勒頻率測(cè)量值f_k-N,i對(duì)應(yīng)的徑向速度v_⊥：

其中，量測(cè)向量z_k-N,i表示雷達(dá)第k-N次掃描中得到的未被已有穩(wěn)定航跡關(guān)聯(lián)的量測(cè)向量集合中第i個(gè)量測(cè)向量；

(2.2)模糊次數(shù)的不同，構(gòu)建計(jì)算徑向速度集合v_k-N,i：

v_k-N,i＝{v_⊥+2wV_f｜abs(v_⊥+2wV_f)≤V_max,w＝0,±1,±2,...}，

其中，|表示條件符號(hào)，符號(hào)左邊是集合元素，右邊是元素滿足的條件，w表示模糊次數(shù)，abs(·)表示取絕對(duì)值。

步驟3，對(duì)當(dāng)前徑向速度初始化，并設(shè)置計(jì)數(shù)器對(duì)循環(huán)次數(shù)進(jìn)行記錄。

(3.1)從航跡頭對(duì)應(yīng)的徑向速度集合v_k-N,i中選取模糊次數(shù)為m的徑向速度v_k-N,i,m

(3.2)設(shè)當(dāng)前徑向速度為v＝v_k-N,i,m；

(3.3)設(shè)置計(jì)數(shù)器：令l＝k-N，n＝1。

步驟4，構(gòu)建距離約束條件。

4.1)根據(jù)徑向速度v，按照下式計(jì)算徑向速度對(duì)應(yīng)的距離預(yù)測(cè)值和距離預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差

其中，表示第l次掃描的有效量測(cè)向量集合中第i_l個(gè)有效量測(cè)向量包含的距離測(cè)量值，表示有效量測(cè)向量對(duì)應(yīng)的測(cè)距精度，表示有效量測(cè)向量對(duì)應(yīng)的測(cè)速精度，T_s表示對(duì)當(dāng)前波位的下次掃描所需的時(shí)間間隔；

(4.2)根據(jù)步驟(4.1)中得到的距離預(yù)測(cè)值和距離預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差構(gòu)建距離約束條件：

其中，g表示約束系數(shù)，ρ_l+n,j表示第l+n次掃描位于第L個(gè)多普勒通道的量測(cè)向量集合z_(l+n)∩L中第j個(gè)量測(cè)向量z_(l+n)∩L,j包含的距離測(cè)量值，σ_ρ,l+n,j表示量測(cè)向量z_(l+n)∩L,j對(duì)應(yīng)的測(cè)距精度；

步驟5，構(gòu)建空間位置約束條件。

設(shè)定目標(biāo)的最大空間速度V_max，構(gòu)建空間位置約束條件：選取量測(cè)向量集合z_(l+n)∩L中與有效量測(cè)向量的笛卡爾空間距離小于等于nV_maxT_s的量測(cè)向量；

步驟6，判斷是否滿足上述約束條件，并分析判斷結(jié)果。

(6.1)根據(jù)步驟4和步驟5所述約束條件，判斷量測(cè)向量集合z_(l+n)∩L中是否存在同時(shí)滿足距離約束條件和空間位置約束條件的量測(cè)向量；

(6.2)分析判斷結(jié)果：

若是，當(dāng)l+n≠k-1時(shí)，將有效量測(cè)向量與同時(shí)滿足兩個(gè)約束條件的量測(cè)向量分別進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并更新當(dāng)前徑向速度v，令n＝1，l＝l+n，并執(zhí)行步驟4；當(dāng)l+n＝k-1時(shí)，將有效量測(cè)向量與同時(shí)滿足約束條件的量測(cè)向量分別進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并執(zhí)行步驟7；

若否，當(dāng)l+n≠k-1時(shí)，令n＝n+1，并步驟4；當(dāng)l+n＝k-1時(shí)，執(zhí)行步驟7；

其中，更新徑向速度v按如下步驟進(jìn)行：

(6.2a)計(jì)算有效量測(cè)向量中多普勒頻率測(cè)量值對(duì)應(yīng)的徑向速度v_N：

(6.2b)按下式計(jì)算有效量測(cè)向量中模糊次數(shù)為m的徑向速度并更新當(dāng)前徑向速度v：

步驟7，建立穩(wěn)定起始航跡。

根據(jù)步驟6的關(guān)聯(lián)結(jié)果，按照航跡起始準(zhǔn)則建立穩(wěn)定起始航跡，航跡起始準(zhǔn)則要求當(dāng)關(guān)聯(lián)結(jié)果中被關(guān)聯(lián)的量測(cè)向量個(gè)數(shù)大于等于起始航跡所需的最小量測(cè)向量個(gè)數(shù)時(shí)，則將該關(guān)聯(lián)結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定起始航跡，否則，刪除該關(guān)聯(lián)結(jié)果。所述設(shè)定航跡起始準(zhǔn)則，包括2/2邏輯起始法、2/3邏輯起始法、3/3邏輯起始法和3/4邏輯起始法。

步驟8，由于目標(biāo)速度可能出現(xiàn)模糊，遍歷徑向速度集合。

遍歷徑向速度集合v_k-N,i中的所有徑向速度，當(dāng)徑向速度集合v_k-N,i中的所有徑向速度均被遍歷，則執(zhí)行步驟9；

步驟9，由于航跡起始是對(duì)多目標(biāo)的檢測(cè)，可能存在多條航跡，遍歷量測(cè)向量集合z_k-N。

遍歷第k-N次掃描中得到的所有未被已有穩(wěn)定航跡關(guān)聯(lián)的量測(cè)向量。

以下結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明：

1.仿真場(chǎng)景：實(shí)驗(yàn)采用2D雷達(dá)，認(rèn)為雷達(dá)坐落于坐標(biāo)原點(diǎn)，設(shè)載頻f_c＝1GHz，光速c＝3×10⁸m/s，發(fā)射信號(hào)帶寬B＝2MHz，波束寬度θ_Beam＝3dB，脈沖寬度τ＝30us，脈沖重復(fù)周期T_r＝1ms，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)λ＝0.3m，脈沖重復(fù)頻率f_r＝1MHz，當(dāng)前波位的下次掃描所需的時(shí)間間隔T_s＝10s，約束系數(shù)g＝4，目標(biāo)的最大空間速度V_max＝400m/s，雷達(dá)量測(cè)參數(shù)為距離測(cè)量值、方位角測(cè)量值和多普勒測(cè)量值。

2.仿真內(nèi)容：

仿真1：采用以上實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，利用邏輯法和本發(fā)明的航跡起始方法，對(duì)航跡虛假概率進(jìn)行仿真對(duì)比，結(jié)果如圖2；

仿真2：采用以上實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，利用邏輯法和本發(fā)明的航跡起始方法，對(duì)虛假航跡平均數(shù)量進(jìn)行仿真對(duì)比，結(jié)果如圖3；

仿真3：采用以上實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，利用邏輯法和本發(fā)明的航跡起始方法，對(duì)航跡起始概率仿真對(duì)比，結(jié)果如圖4；

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：

參照?qǐng)D2，X軸表示虛警概率，Y軸表示虛假航跡概率。當(dāng)虛警概率為10^-4時(shí)，邏輯法的虛假航跡概率為0.6559，本發(fā)明的虛假航跡概率為0.00158，可以看出，本發(fā)明的虛假航跡概率約為邏輯法的大大降低了虛假航跡的概率。

參照?qǐng)D3，X軸表示虛警概率，Y軸表示虛假航跡平均數(shù)量。當(dāng)虛假航跡平均數(shù)量為0.4999時(shí)，邏輯法檢測(cè)所需的虛警概率為10^-6，本發(fā)明檢測(cè)所需的虛警概率為2.684×10^-5，可以看出，本發(fā)明的虛警概率為邏輯法的26.84倍。

參照?qǐng)D4，X軸表示信噪比，Y軸表示航跡起始概率當(dāng)信噪比為15dB時(shí)，邏輯法航跡起始概率為0.4287，本發(fā)明航跡起始概率為0.514，可以看出，本發(fā)明的航跡起始概率為邏輯法的1.2倍。

綜上所述，本發(fā)明有效的剔除虛假量測(cè)向量，抑制了虛假航跡的形成，進(jìn)而提高了航跡起始的概率，提升了航跡起始效率。