專利名稱：基于徑向加速度的RA-Singer-EKF機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明隸屬于雷達(dá)機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域，適用于高/中脈沖重復(fù)頻率雷達(dá)(如機(jī)載脈沖多普勒雷達(dá)等)對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的精確跟蹤。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代軍用飛機(jī)和導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)能力大大增強(qiáng)，對(duì)雷達(dá)的檢測(cè)和跟蹤性能提出了新的挑戰(zhàn)，對(duì)高機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤也成為雷達(dá)目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域的難點(diǎn)和重點(diǎn)。現(xiàn)有的機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤技術(shù)是在雷達(dá)測(cè)量信息(位置、多普勒速度)的基礎(chǔ)上，利用各種機(jī)動(dòng)模型和濾波算法實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤，其中，Singer模型算法是一種常用的有效機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法，主要由以下3個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)(I)將雷達(dá)接收機(jī)輸出的目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行A/D變換，送雷達(dá)數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下步驟；(2)將機(jī)動(dòng)加速度作為零均值時(shí)間相關(guān)色噪聲建模。設(shè)機(jī)動(dòng)加速度的概率密度函數(shù)在[_Amax，Amax]上近似服從零均值均勻分布，并假設(shè)其時(shí)間相關(guān)函數(shù)為指數(shù)衰減形式；(3)采用卡爾曼濾波算法對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行自適應(yīng)跟蹤，估計(jì)出目標(biāo)的位置、速度和加速度狀態(tài)。這種方法具有以下缺陷由于現(xiàn)有雷達(dá)在目標(biāo)跟蹤時(shí)只能利用目標(biāo)距離和方位角測(cè)量信息，只有多普勒雷達(dá)可以利用徑向速度和距離、方位角測(cè)量信息，因此當(dāng)目標(biāo)發(fā)生機(jī)動(dòng)時(shí)，加速度發(fā)生劇變，雷達(dá)由于缺少加速度測(cè)量信息，會(huì)出現(xiàn)跟蹤精度低甚至跟蹤發(fā)散的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于徑向加速度的RA-Singer-EKF機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法，解決現(xiàn)有Singer模型算法對(duì)目標(biāo)突發(fā)機(jī)動(dòng)的自適應(yīng)跟蹤能力不強(qiáng)，以及速度和加速度估計(jì)誤差較大的問題。本發(fā)明提出的基于徑向加速度的RA-Singer-EKF方法的技術(shù)方案包括以下步驟步驟1:將雷達(dá)接收機(jī)接收到的線性調(diào)頻信號(hào)s (t)通過采樣器以采樣間隔Ts進(jìn)行采樣，變?yōu)殡x散信號(hào)s(nTs)，其中η表示采樣點(diǎn)序號(hào)；將S(nTs)送入雷達(dá)信號(hào)處理計(jì)算機(jī)；在雷達(dá)信號(hào)處理計(jì)算機(jī)中執(zhí)行以下步驟步驟2 :初始化(設(shè)置分解參數(shù))T設(shè)為雷達(dá)的脈沖寬度；λ為雷達(dá)波長(zhǎng)；fs為采樣頻率；fu設(shè)為L(zhǎng)FM信號(hào)的初始頻率；kv，設(shè)為L(zhǎng)FM信號(hào)的調(diào)頻率；G((UXV)XN))設(shè)為過完備原子庫，UXV為原子庫中原子的個(gè)數(shù)，N = T/fs;
λ 2設(shè)為判斷OMP分解是否完成的相干比閾值；步驟3:形成過完備原子庫(I)根據(jù) LFM 信號(hào)回波 s(t)的特點(diǎn)，建立原子 gr = exp[j2 π (fun+kvn2/2N) ], r =
1,2,...，N;(2)設(shè)定搜索精度和范圍，假設(shè)搜索范圍fu的取值為fu e [O, U] Δ fu, U = 1，2，…，U，U為起始頻率的搜索個(gè)數(shù)，Afu為多普勒單元，搜索范圍Akv的取值為kve [O,V] Akv, Akv為調(diào)頻率單元，V = 1,2,…，V，V為調(diào)頻率的搜索個(gè)數(shù)，構(gòu)造的過完備原子庫G為(UXV) XN的矩陣
權(quán)利要求
1.一種基于徑向加速度的RA-Singer-EKF機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，是指在信號(hào)處理階段采用正交匹配追蹤(OMP)思想對(duì)目標(biāo)徑向加速度和徑向速度進(jìn)行提取，在數(shù)據(jù)處理階段將徑向加速度和徑向速度估計(jì)值通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換引入量測(cè)方程和和狀態(tài)方程中，并采用Singer模型和擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)方法實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的精確跟蹤，其特征在于包括以下步驟步驟1:將雷達(dá)接收機(jī)接收到的線性調(diào)頻信號(hào)s (t)通過采樣器以采樣間隔Ts進(jìn)行采樣，變?yōu)殡x散信號(hào)s (nTs)，其中η表示采樣點(diǎn)序號(hào)；將s(nTs)送入雷達(dá)信號(hào)處理計(jì)算機(jī)；在雷達(dá)信號(hào)處理計(jì)算機(jī)中執(zhí)行以下步驟 步驟2 :初始化(設(shè)置分解參數(shù)) T設(shè)為雷達(dá)的脈沖寬度； λ為雷達(dá)波長(zhǎng)； fs為采樣頻率； Ts = l/fs為采樣間隔； fu設(shè)為L(zhǎng)FM信號(hào)的初始頻率； kv設(shè)為L(zhǎng)FM信號(hào)的調(diào)頻率； G((UXV) XN))設(shè)為過完備原子庫，UXV為原子庫中原子的個(gè)數(shù)，N = T/fs ； λ 2設(shè)為判斷OMP分解是否完成的相干比閾值； 步驟3:形成過完備原子庫 (1)根據(jù)LFM 信號(hào)回波 s(t)的特點(diǎn)，建立原子 gr = exp[j2 π (fun+kvn2/2N) ], r = I,·2，…，N ; (2)設(shè)定搜索精度和范圍，假設(shè)搜索范圍fu的取值為fue
AfuiU= 1，2，···，υ，U為起始頻率的搜索個(gè)數(shù)，Afu為多普勒單元，搜索范圍Akv的取值為kve [O,V] Akv, Akv為調(diào)頻率單元，V= 1，2，…，V，V為調(diào)頻率的搜索個(gè)數(shù)，構(gòu)造的過完備原子庫G為(UXV)XN的矩陣
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于徑向加速度的RA-Singer-EKF機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法，屬于雷達(dá)機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域。本發(fā)明的方法可快速準(zhǔn)確地提供機(jī)動(dòng)目標(biāo)的徑向加速度和徑向速度信息，有效提高雷達(dá)對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤性能。本發(fā)明的方法包括以下步驟(一)對(duì)雷達(dá)接收信號(hào)進(jìn)行采樣，利用匹配追蹤(OMP)方法得到目標(biāo)徑向加速度和徑向速度；(二)在數(shù)據(jù)處理階段將徑向加速度和徑向速度進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換并引入量測(cè)方程和狀態(tài)方程；(三)采用Singer模型和擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)算法實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤。本發(fā)明能夠精確實(shí)時(shí)地反映目標(biāo)的機(jī)動(dòng)情況，提高了目標(biāo)跟蹤精度，改善了速度和加速度估計(jì)精度，工程實(shí)現(xiàn)容易，具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值和推廣前景。
文檔編號(hào)G01S13/66GK103048658SQ201210519350
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月10日
發(fā)明者王國(guó)宏, 賈舒宜, 張磊, 譚順成, 于洪波 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍航空工程學(xué)院