一種方向突變機動目標的跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機動目標跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種方向突變機動目標的跟蹤方法，該 方法利用多基地雷達，通過基于具有不同矢量角的運動矢量的IMMQnteractive multiple models，交互多模型）方法實現(xiàn)了對方向突變機動目標的穩(wěn)健跟蹤。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用多基地雷達進行機動目標的跟蹤是戰(zhàn)場偵察的一個重要發(fā)展方向。在現(xiàn)代戰(zhàn) 爭中，多基地雷達使用兩個或以上的分離基地，使發(fā)射站與接收站分開設(shè)置。其中接收站是 無源的，可以處在極為隱蔽的地方，且不發(fā)射電磁波，因此反輻射導(dǎo)彈只能追蹤和攻擊發(fā)射 站，而不至于摧毀接收站。同時，發(fā)射站位于后方，也可使用多個發(fā)射天線，即使部分天線損 壞也不會對系統(tǒng)工作造成大的影響。此外，多基地雷達抗干擾能力強，可以很好地偵察隱身 裝備和人員。多基地雷達接收的多路信息通過適當?shù)奶幚?，可充分利用冗余信息，大大提?對目標的跟蹤能力。
[0003] 進行目標跟蹤時，通常目標不會一直保持勻速直線運動，在運動過程中常會出現(xiàn) 速度方向發(fā)生改變但速度大小變化不大、類似于分段勻速運動的方向突變機動（本發(fā)明特 別研究這類運動情況，后面簡稱為方向突變機動）。如特種兵作戰(zhàn)中的戰(zhàn)術(shù)之字形折線跑 動，該情形會在戰(zhàn)場偵察及特種作戰(zhàn)中經(jīng)常出現(xiàn)，以往的跟蹤方法均不能實現(xiàn)對此類運動 的較好跟蹤。對這類運動情況的研究目前世界范圍內(nèi)基本為空白，但在近距離戰(zhàn)場雷達偵 察環(huán)境中是真實存在的，具有迫切的實戰(zhàn)需求。目前對這種機動方式的跟蹤研究較多的是 基于視頻的跟蹤或者是合作目標（攜帶傳感器）的自主式跟蹤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 與現(xiàn)有的跟蹤方法不同，本發(fā)明將針對非合作目標基于多基地雷達的觀測數(shù)據(jù)， 采用具有不同矢量角的運動矢量的IMM方法，實現(xiàn)對方向突變機動目標的穩(wěn)健跟蹤。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，其特征在于，在任意k時刻，對比該時刻與k+Ι時刻各個接 收站觀測的多普勒頻率，若在兩個時刻所有接收站觀測的多普勒頻率均沒有出現(xiàn)正負號變 化，說明k+Ι時刻目標沒有發(fā)生方向突變機動，則利用最大似然估計法估計出的目標速度 矢量進行跟蹤（具體方法流程參見文獻：魏崇毓，徐善駕，王東進.多基地雷達最大似然 估計法目標定位與測速[J].應(yīng)用科學(xué)學(xué)報，2000, 18(2) :117-121.);否則，說明k+Ι時刻 目標發(fā)生了方向突變機動，則設(shè)定跟蹤過程的循環(huán)次數(shù)為D，角度插值系數(shù)為r (初始值設(shè) 為1且0 < r < 1)，然后跟蹤過程包括以下步驟：
[0006] 第一步，設(shè)置N個具有不同矢量角的運動矢量并設(shè)定其初始概率。
[0007] 設(shè)置N個具有不同矢量角的運動矢量，N為大于1的奇數(shù)，取值根據(jù)實際情況確定。 每個運動矢量的模的大小與k時刻的目標速度矢量相同，第η個運動矢量的矢量角與k時 刻的目標速度矢量的矢量角之間的差值為
η = 1，2,…，N。其中，角 度差值的正/負號表示運動矢量按逆/順時針與目標速度相差一個角度，例如當η = 1，r =1時，-π /2表示該運動矢量相對k時刻的目標速度矢量按順時針相差π /2度；當η = N，r = 1時，π/2表示按逆時針相差-π/2度。同時，在k時刻設(shè)定這N個運動矢量的初始 概率分別為〇,〇，…，1，…，〇,〇,其中概率為1的運動矢量與k時刻的目標速度矢量方向相 同。
[0008] 第二步，估計每個運動矢量的當前概率，輸出k+Ι時刻的目標速度矢量。
[0009] 將目標在k時刻的目標速度矢量與N個運動矢量的初始概率作為輸入，并將N個 運動矢量作為IMM方法的濾波器，利用IMM方法估計每個運動矢量的當前概率。
[0010] 在未達到指定的循環(huán)次數(shù)D前，用N個運動矢量中當前概率最大的運動矢量作為 第一步中k時刻的目標速度矢量，減小角度插值系數(shù)r的值，然后返回第一步重新循環(huán)此跟 蹤過程。直至達到指定的循環(huán)次數(shù)D，將N個運動矢量中當前概率最大的運動矢量作為k+1 時刻的目標速度矢量輸出。
[0011] 經(jīng)過上述步驟，可以在任意時刻完成對方向突變機動目標的穩(wěn)健跟蹤，使輸出的 新的目標速度矢量較為接近真實的速度方向。
[0012] 采用本發(fā)明可以達到以下技術(shù)效果：
[0013] 本發(fā)明可以自適應(yīng)目標運動方向的變化。所提發(fā)明設(shè)置了 N個具有不同矢量角 的運動矢量來估計目標方向突變機動后的運動狀態(tài)，以更加準確地描述目標的真實運動情 況，在方向突變機動發(fā)生時對目標速度矢量方向進行調(diào)整修正，使輸出的目標速度矢量更 接近真實的速度方向。該發(fā)明能夠適應(yīng)目標的方向突變機動，可以獲得比現(xiàn)有跟蹤方法更 好的跟蹤性能。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明的實現(xiàn)流程圖；
[0015] 圖2是現(xiàn)有跟蹤方法的仿真實驗結(jié)果；
[0016] 圖3是利用本發(fā)明進行仿真實驗的結(jié)果；
[0017] 圖4是本發(fā)明中涉及的運動矢量的方向跟蹤調(diào)整示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 圖1是本發(fā)明的實現(xiàn)流程圖。當目標沒有發(fā)生方向突變機動時，則利用最大似然 估計法估計出的目標速度矢量進行跟蹤，該過程不再在流程圖中贅述；當目標發(fā)生方向突 變機動時，【具體實施方式】包括以下步驟：
[0019] 第一步，設(shè)置N個具有不同矢量角的運動矢量并設(shè)定其初始概率。
[0020] 設(shè)置N個具有不同矢量角的運動矢量，N為大于1的奇數(shù)，取值根據(jù)實際情況確 定（為了保證跟蹤精度，通常取N多5,后面取N =5的情況進行解釋說明）。每個運動矢 量的模的大小與k時刻的目標速度矢量相同，且分別與k時刻的目標速度矢量相差一定角 度。因為角度插值系數(shù)r的初始值為1，所以第一次循環(huán)時角度相差分別為0, 31/4,-31/4， π /2，- π /2。這些運動矢量說明發(fā)生方向突變機動后的目標速度矢量將由上述運動矢量中 的某一個表示或與之最為接近。
[0021] 每個運動矢量都有一個當前概率來表征目標速度矢量方向與此運動矢量方向最 為接近的可能性。在k時刻設(shè)定0, JT /4, - JT /4, JT /2, - JT /2這5個運動矢量的初始概率 分別為 1，〇,〇,〇, 0。
[0022] 第二步，估計每個運動矢量的當前概率，輸出k+Ι時刻的目標速度矢量。
[0023] 將目標在k時刻估計出的目標速度矢量與5個運動矢量的初始概率作為輸入，并 將5個運動矢量作為IMM方法的濾波器，利用IMM方法估計每個運動矢量的當前概率。在 IMM方法中，控制各運動矢量之間轉(zhuǎn)換的馬爾可夫鏈的轉(zhuǎn)移概率這個參數(shù)通常根據(jù)設(shè)計者 的經(jīng)驗設(shè)定（該參數(shù)在k時刻到k+Ι時刻這段時間的跟蹤過程中不變，在上述跟蹤過程結(jié) 束后，可以通過跟蹤的蒙特卡洛仿真結(jié)果來調(diào)整參數(shù)值，以便更好地進行下一次方向突變 機動的跟蹤）。在本發(fā)明所示的仿真結(jié)果中，對5個運動矢量設(shè)定的轉(zhuǎn)移概率矩陣，在k時 刻到k+Ι時刻一直為：
[0025] 在未達到指定的循環(huán)次數(shù)前，將5個運動矢量中當前概率最大的運動矢量作為第 一步