一種基于高精度測速的雷達(dá)全自動跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種解決對空情報雷達(dá)無法實現(xiàn)全 自動跟蹤問題的基于高精度測速的雷達(dá)全自動跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雷達(dá)系統(tǒng)中，雷達(dá)回波經(jīng)濾波后進(jìn)行恒虛警檢測，對于情報雷達(dá)通常要求檢測概 率為0.5,虛警概率為1(Γ6,但是在復(fù)雜電磁環(huán)境下往往會有很多的虛假目標(biāo)，給操作員的工 作帶來壓力。
[0003] 雷達(dá)數(shù)據(jù)處理主要包括點跡處理和航跡兩個階段，在算法上主要是相關(guān)算法和濾 波跟蹤算法。雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的性能是兩個算法互相作用的結(jié)果，但主要問題出現(xiàn)在相關(guān)算 法上。在密集雜波背景下，當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)機(jī)動或者目標(biāo)暫消W后，在目標(biāo)預(yù)測位置的周圍往往 會出現(xiàn)虛假點跡，從而造成誤相關(guān)，運(yùn)就是當(dāng)前我國地面情報雷達(dá)無法做到全自動跟蹤的 根本原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明利用高精度測速的方法，提出了一種在滿足雷達(dá) 虛警概率和檢測概率要求的前提下實現(xiàn)雷達(dá)的自動跟蹤的方法。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于高精度測速的雷達(dá)全自動跟蹤方法，其特 征在于，包括W下步驟：
[0006] 步驟1:利用Ν階MTD濾波器積累雷達(dá)IQ視頻數(shù)據(jù)，確保速度分辨力和測速精度;其 中雷達(dá)的工作波長為λ，雷達(dá)的重復(fù)頻率為fr，多普勒頻率為fd，頻率分辨力為^根據(jù)公式V =fdXA/2,得雷達(dá)的多普勒速度分辨力為Vf二X
[0007] 步驟2:利用CFAR技術(shù)完成恒虛警檢測，過口限的目標(biāo)輸出，稱為點跡；
[000引步驟3:計算點跡的多普勒速度；
[0009] 步驟4:根據(jù)點跡的多普勒速度、航跡徑向速度、點跡位置和航跡位置完成點跡、航 跡的高關(guān)聯(lián)度相關(guān)；
[0010] 步驟5:剩余點跡根據(jù)點跡多普勒速度和點跡位置完成點跡之間的高關(guān)聯(lián)度相關(guān)；
[0011] 步驟6:根據(jù)卡爾曼濾波器對相關(guān)的航跡進(jìn)行航跡濾波和預(yù)測；
[0012] 步驟7:根據(jù)卡爾曼濾波器對相關(guān)的點跡進(jìn)行航跡起始；
[0013] 步驟8:對于未相關(guān)的點跡進(jìn)行剔除。
[0014] 作為優(yōu)選，步驟2是對MTD后的距離-多普勒矩陣求模后進(jìn)行CFAR計算，完成恒虛警 檢測;其中目標(biāo)處于通道號為η的多普勒通道中，對應(yīng)的多普勒頻率為fd= 距離為Rd。
[001引作為優(yōu)選，步驟3中根據(jù)公式v=fdXA/2求出點跡的多普勒速度vd。
[0016]作為優(yōu)選，步驟4中航跡與點跡的相關(guān)規(guī)則為：
[0017]
[001引其中：a為目標(biāo)的加速度，Vd為點跡徑向速度，Vt為航跡徑向速度，T為點跡和航跡更 新的時間差，Rt為航跡濾波距離，Rd為點跡距離，d化為根據(jù)點跡和航跡的速度推算出航跡的 運(yùn)動距離，dR2為根據(jù)點跡和航跡的距離計算出得航跡運(yùn)動距離，δ為相關(guān)口限，Sr為雷達(dá)測 距精度，vf為雷達(dá)速度分辨力，Pf為相關(guān)口限因子；
[0019]當(dāng)|dR2-dRi|含δ時，點跡和航跡相關(guān)，否則點跡和航跡不相關(guān)。
[0020] 本發(fā)明突破了傳統(tǒng)的雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的思維定勢，創(chuàng)新性的引入了點跡的多普勒速 度作為相關(guān)的重要因素。該方法使大量的虛警、雜波無法與真實目標(biāo)相關(guān)，因此解決了密集 雜波背景下無法進(jìn)行全自動跟蹤的行業(yè)難題。該方法適用于可W進(jìn)行長時間相參積累的雷 達(dá)，具有算法復(fù)雜度低，容易實現(xiàn)的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0021] 附圖1:為本發(fā)明實施例的基本流程圖；
[0022] 附圖2:為本發(fā)明實施例在密集雜波背景下的全自動跟蹤實測效果圖。
【具體實施方式】
[0023] 為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā) 明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0024] 本發(fā)明使用的設(shè)備包括:雷達(dá)信號處理機(jī)、數(shù)據(jù)處理機(jī)，還包括顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤 等人機(jī)交互設(shè)備。信號處理機(jī)完成雷達(dá)的MTDXFAR和點跡測速，數(shù)據(jù)處理機(jī)完成點跡-航跡 相關(guān)、點跡-點跡相關(guān)、航跡濾波、航跡起始和雜波剔除工作。
[0025] 設(shè)雷達(dá)重復(fù)周期為1000化，雷達(dá)工作頻率為200ΜΗζ(λ為1.5米），此時速度分辨力 為，Vf= 0.37m/s，測速精度為0.3m/s，測距精度為20m?；诟呔葴y速的全自動跟蹤算法 如下：
[0026] 為說明問題，假設(shè)空中有2個目標(biāo)被雷達(dá)掌握，目標(biāo)1的徑向速度為200m/s，已經(jīng)形 成穩(wěn)定航跡；目標(biāo)2的徑向速度為lOOm/s，尚未形成航跡;同時存在若干虛警。
[0027] 請見圖1，本發(fā)明提供的一種基于高精度測速的雷達(dá)全自動跟蹤方法，包括W下步 驟：
[002引步驟1:雷達(dá)IQ視頻數(shù)據(jù)經(jīng)2048階MTD后，目標(biāo)得到積累，并在特定的濾波器內(nèi)得到 響應(yīng)。根據(jù)公式fd= 2vA，目標(biāo)1的多普勒頻率fd應(yīng)為266.7Hz，在濾波器的546通道響應(yīng)最 大；目標(biāo)2的多普勒頻率fd應(yīng)為133.3Hz，在濾波器的273通道響應(yīng)最大。
[0029]步驟2:對MTD后的距離-多普勒矩陣求模后進(jìn)行CFAR計算，將過口限的視頻數(shù)據(jù)輸 出，其中目標(biāo)1對應(yīng)的多普勒通道為546,距離為Rdi;目標(biāo)2對應(yīng)的多普勒通道為273,距離為 民d2D
[0030] 步驟3:根據(jù)點跡所處的多普勒通道，根據(jù)公式v=fdXA^求出點跡的多普勒速 度，目標(biāo)1、目標(biāo)2對應(yīng)的多普勒速度分別為266.6m/s和133.3m/s。設(shè)目標(biāo)1所在的位置Rdi= 15000米，目標(biāo)2所在的位置Rd2 = 50000米。
[0031] 步驟4:設(shè)航跡的速度vt= 250m/s，所在的位置為Rt= 15250;航跡與點跡的相關(guān)規(guī) 則為：
[0032]
[0033] 計算a= -16.6m/s2,服1= 258.3m，dR2 = 250m，5 = 0.37X1+20 = 20.37，|dR2-dRi= 8.3<δ。在此例中目標(biāo)1的點跡與目標(biāo)1的航跡相關(guān)；目標(biāo)1的航跡與目標(biāo)2的點跡W及其它雜 波不會相關(guān)。
[0034] 步驟5:按照第4步的公式進(jìn)行點跡之間的相關(guān)，可W得到目標(biāo)2本次點跡和上一個 周期的點跡相關(guān)，目標(biāo)2本次點跡和其它雜波點不相關(guān);其它雜波點之間因很難滿足相關(guān)的 要求，因此不會相關(guān)，即便本周期因極小概率相關(guān)了，下一個周期再次相關(guān)的概率將會更為 微小。
[0035] 步驟6:根據(jù)卡爾曼濾波器對目標(biāo)1進(jìn)行航跡濾波和預(yù)測。
[0036] 步驟7:根據(jù)卡爾曼濾波器對目標(biāo)2進(jìn)行航跡起始。
[0037] 步驟8:對于未相關(guān)的點跡進(jìn)行剔除。
[0038] 請見圖2,是本發(fā)明在密集雜波背景下的全自動跟蹤實測效果圖，在此時刻存在 182個點跡，實際空中目標(biāo)只有18個，因為對點跡的測速精度達(dá)到了5m/s，因此在使用本專 利的算法進(jìn)行全自動跟蹤時，沒有出現(xiàn)航跡與點跡誤相關(guān)的情況;沒有出現(xiàn)航跡誤起始的 情況;也沒有出現(xiàn)真實目標(biāo)沒有起始航跡的情況。
[0039] 本發(fā)明基于對點跡進(jìn)行高精度測速的方法，在點跡和航跡相關(guān)時考慮距離和速度 的二維相關(guān)因素，能在航跡暫消和機(jī)動時W極大概率避免虛警的誤相關(guān)，實現(xiàn)雷達(dá)全自動 跟蹤。從而提高雷達(dá)的自動化和智能化水平，有利于實現(xiàn)雷達(dá)的少人、無人值守。
[0040] 應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
[0041] 應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本 發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán) 利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可W做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā) 明的請求保護(hù)范圍應(yīng)W所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于高精度測速的雷達(dá)全自動跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1:利用N階MTD濾波器積累雷達(dá)IQ視頻數(shù)據(jù)，確保速度分辨力和測速精度;其中雷 達(dá)的工作波長為λ，雷達(dá)的重復(fù)頻率為fr，多普勒頻率為fd，頻率分辨力為根據(jù)公式V = fd Χλ/2,得雷達(dá)的多普勒速度分辨力為！步驟2:利用CFAR技術(shù)完成恒虛警檢測，過門限的目標(biāo)輸出，稱為點跡； 步驟3:計算點跡的多普勒速度； 步驟4:根據(jù)點跡的多普勒速度、航跡徑向速度、點跡位置和航跡位置完成點跡、航跡的 尚關(guān)聯(lián)度相關(guān)； 步驟5:剩余點跡根據(jù)點跡多普勒速度和點跡位置完成點跡之間的高關(guān)聯(lián)度相關(guān)； 步驟6:根據(jù)卡爾曼濾波器對相關(guān)的航跡進(jìn)行航跡濾波和預(yù)測； 步驟7:根據(jù)卡爾曼濾波器對相關(guān)的點跡進(jìn)行航跡起始； 步驟8:對于未相關(guān)的點跡進(jìn)行剔除。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于高精度測速的雷達(dá)全自動跟蹤方法，其特征在于：步驟2是 對MTD后的距離-多普勒矩陣求模后進(jìn)行CFAR計算，完成恒虛警檢測；其中目標(biāo)處于通道號 為η的多普勒通道中，對應(yīng)的多普勒頻率為f，距離為Rd。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于高精度測速的雷達(dá)全自動跟蹤方法，其特征在于：步驟3中 根據(jù)公式v = fdXA/2求出點跡的多普勒速度vd。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于高精度測速的雷達(dá)全自動跟蹤方法，其特征在于：步驟4中 航跡與點跡的相關(guān)規(guī)則為：其中：a為目標(biāo)的加速度，vd為點跡徑向速度，vt為航跡徑向速度，T為點跡和航跡更新的 時間差，Rt為航跡濾波距離，Rd為點跡距離，dRi為根據(jù)點跡和航跡的速度推算出航跡的運(yùn)動 距離，dR2為根據(jù)點跡和航跡的距離計算出得航跡運(yùn)動距離，δ為相關(guān)門限，δ κ為雷達(dá)測距精 度，vf為雷達(dá)速度分辨力，Pf為相關(guān)門限因子； 當(dāng)IdRrdRil < δ時，點跡和航跡相關(guān)，否則點跡和航跡不相關(guān)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于高精度測速的雷達(dá)全自動跟蹤方法，利用大于1024階MTD濾波器積累目標(biāo)，確保速度分辨力和測速精度；利用CFAR技術(shù)完成恒虛警檢測，過門限的目標(biāo)輸出，稱為點跡；計算點跡的多普勒速度；根據(jù)點跡的多普勒速度、航跡徑向速度、點跡位置和航跡位置完成點跡、航跡的高關(guān)聯(lián)度相關(guān)；剩余點跡根據(jù)點跡多普勒速度和點跡位置完成點跡之間的高關(guān)聯(lián)度相關(guān)；完成航跡濾波；完成航跡起始；完成雜波（虛警）剔除。本發(fā)明使大量的虛警、雜波無法與真實目標(biāo)相關(guān)，因此解決了密集雜波背景下無法進(jìn)行全自動跟蹤的行業(yè)難題。該方法適用于可以進(jìn)行長時間相參積累的雷達(dá)，具有算法復(fù)雜度低，容易實現(xiàn)的優(yōu)點。
【IPC分類】G01S13/66
【公開號】CN105445731
【申請?zhí)枴緾N201510796261
【發(fā)明人】張榮磊, 孫大偉, 張雷
【申請人】中船重工（武漢）凌久電子有限責(zé)任公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月18日