一種集中式多雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的加權(quán)最近鄰域數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是一種集中式多雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的 加權(quán)最近鄰域數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 岸基空管集中式多雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，航跡的跟蹤是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，而 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)則是是多傳感器多目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中核心且最重要的內(nèi)容，可以說數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的正確 與否，效率高低直接關(guān)系到雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的效果與效率。
[0003] 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)要解決在于較低的漏警率的情況下，抑制虛警率的產(chǎn)生。尤其是在多雷 達(dá)數(shù)據(jù)處理的情況，由來自一次雷達(dá)的位置信息、回波長度、回波幅度、多普勒速度等信息， 來自二次雷達(dá)的位置、Mode 3/A、Mode C、Mode S等信息數(shù)據(jù)，來自ADS數(shù)據(jù)的位置、Mode S、 Mode 3/A等信息數(shù)據(jù)。在機(jī)動跟蹤中，系統(tǒng)處理對目標(biāo)除了要進(jìn)行機(jī)動檢測外，還要適當(dāng)對 波門的大小進(jìn)行控制，進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s放。在過頂空的目標(biāo)跟蹤中，需要對目標(biāo)進(jìn)行必要的外 推，尤其是二次雷達(dá)此時會出現(xiàn)目標(biāo)的反射，此時就需要對數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法提出較高的要求。 在多機(jī)編隊飛行，多機(jī)交叉機(jī)動，尤其是對加油機(jī)和受油機(jī)的跟蹤，位置相互靠近，且Mode 3/A信號不穩(wěn)定的情況下，對數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的精準(zhǔn)性，正確性提出了較高的要求。
[0004]數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)過程是指確定傳感器接收到的量測信息和目標(biāo)源對應(yīng)關(guān)系的過程。量 測-航跡關(guān)聯(lián)，是將有效回波(跟蹤門邏輯的輸出）與已知目標(biāo)的預(yù)報航跡相比較并最終確 定正確的量測-航跡對應(yīng)關(guān)系的過程。常用的量測-航跡數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)經(jīng)典算法有最近鄰域算法 (Nearest Neighbor，NN)、概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)（Probability data association，PDA)、交互多模 型概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)（IMMPDA)、聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)(Joint Probabilistic data association， JPDA)、多傳感器聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)(MSJPDA)、多假設(shè)法(Multiple Hypothesis Tracking， MHT)等。NN算法是由Singer和Sea在1973年基于他們和前人的研究工作的基礎(chǔ)上提出了一 種利用先驗統(tǒng)計特性估計相關(guān)性能的跟蹤方法。
[0005]最近鄰域數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的工作原理是先設(shè)置跟蹤門，由跟蹤門初步篩選所得到的回波 成為候選回波，以限制參與相關(guān)判別的目標(biāo)數(shù)目。其主要適用于跟蹤空域中存在單目標(biāo)或 目標(biāo)數(shù)較少的情況，或者說是只適用于對稀疏目標(biāo)環(huán)境的目標(biāo)跟蹤。其優(yōu)點是:運算量小， 易于實現(xiàn)。主要缺點是:在目標(biāo)密度較大時，容易跟錯目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于設(shè)計出一種集中式多雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的加權(quán)最近鄰域數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián) 方法，在硬件資源有限，且對實時性要求較高時，提供一種較為高效準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)處理方 式;并且在原有的最近鄰域關(guān)聯(lián)處理方式上，同時引入了相關(guān)的其他參考因子，逐漸的尋找 到點跡與航跡的最優(yōu)配對組。
[0007] 本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):一種集中式多雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的加權(quán)最近鄰域數(shù)據(jù) 關(guān)聯(lián)方法，該加權(quán)最近鄰域數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法通過波門、航向角或角速度、屬性相似度、加速度、 應(yīng)答次數(shù)、垂直距離、航跡狀態(tài)七個部分進(jìn)行計分關(guān)聯(lián)，而后將7個部分的計分通過加權(quán)計 分算法進(jìn)行點跡和航跡相關(guān)度的計算，得到最終的計分更新值;在進(jìn)行計分關(guān)聯(lián)時，當(dāng)經(jīng)過 點跡和航跡相關(guān)度的計算后，計分關(guān)聯(lián)結(jié)果的最終的計分更新值越小時，則配對關(guān)系越強(qiáng)； 當(dāng)經(jīng)過點跡和航跡相關(guān)度的計算后，計分關(guān)聯(lián)結(jié)果的最終的計分更新值大于0x9FFFF時，貝1J 不滿足配對要求。
[0008] 進(jìn)一步的為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式:所述通過波門、航向角或 角速度、屬性相似度、加速度、應(yīng)答次數(shù)、垂直距離、航跡狀態(tài)七個部分進(jìn)行計分關(guān)聯(lián)具體包 括以下步驟：
[0009] 1)依據(jù)不同的距離對計分進(jìn)行初始化:將波門按權(quán)值由小到大分為14個，并分別 對每個波門進(jìn)行初始化，且進(jìn)行初始化時從小權(quán)值開始，包括：
[0010] 1-1)中心區(qū)域外初始化，采用直接投影差相比較、笛卡爾距離與歸一化距離三者 相結(jié)合的方式分別進(jìn)行波門初始化得每個波門的初始化值；
[0011] 1 -2)中心區(qū)域內(nèi)初始化，采用笛卡爾距離進(jìn)行波門初始化得每個波門的初始化 值；
[0012] 1-3)將航跡預(yù)測值、點跡的笛卡爾距離與波門對比，若航跡預(yù)測值與點跡的笛卡 爾距離在某一個波門預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)，則對應(yīng)的波門的初始化值為計分的初始值；
[0013] 2)經(jīng)步驟1)后，依據(jù)不同的航向關(guān)系對計分進(jìn)行更新:設(shè)定壓縮系數(shù)，并通過點跡 和航跡之間的屬性關(guān)系對壓縮系數(shù)縮放來控制航相差的允許偏差門限，再計算計分的增減 值，從而得到計分的更新值；
[0014] 3)經(jīng)步驟2)后，依據(jù)屬性相似度對計分進(jìn)行更新:根據(jù)屬性相似度的值，并與不同 門限作比較，對計分進(jìn)行相應(yīng)的增減，從而得到計分的更新值；
[0015] 4)經(jīng)步驟3)后，依據(jù)加速度的大小關(guān)系對計分進(jìn)行更新：依據(jù)航跡的歷史位置點 和點跡計算的不同的加速度，然后再對計分進(jìn)行相應(yīng)的增減，從而得到計分的更新值；
[0016] 5)經(jīng)步驟4)后，依據(jù)目標(biāo)應(yīng)答的不同情況對計分進(jìn)行更新:根據(jù)Mode S與Mode 3/ A相關(guān)的應(yīng)答次數(shù)和應(yīng)答模式，得到相應(yīng)的計分的增加量，從而得到計分的更新值；
[0017] 6)經(jīng)步驟5)后，依據(jù)航跡和點跡的高度差處于不同的區(qū)間內(nèi)對計分進(jìn)行更新：若 點跡和航跡的高度均有效，則進(jìn)行高度差的判斷，根據(jù)不同的差值得出計分的增加量，從而 得到計分的更新值；
[0018] 7)經(jīng)步驟6)后，根據(jù)航跡狀態(tài)對計分進(jìn)行更新:根據(jù)航跡的不同狀態(tài)，得到不同的 航跡狀態(tài)限制關(guān)聯(lián)計分的增加量，進(jìn)而得到計分的更新值,并得到最終的計分更新值。
[0019] 進(jìn)一步的為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式:所述中心區(qū)域外初始化 包括以下具體步驟：
[0020] 1-1-1)將前七個波門均進(jìn)行歸一化距離，再比較歸一化距離和門的關(guān)系，從而得 到前七個波門在中心區(qū)域外的初始化值；
[0021] 1-1-2)對于波門8和9首先對殘差的協(xié)方差Sk進(jìn)行Cholesky分解，得到對角線上代 表距離P的門限值31和代表方位角Θ的門限值S2,并通過距離與方位角的預(yù)測值和量測值比 較公式完成波門8和波門9初始化，得到波門8和波門9在中心區(qū)域外的初始化值；
[0022] 1-1-3)對于波門10,計算測量值與當(dāng)前預(yù)測值的航向，以及上一時刻的航向，計算 測量值與當(dāng)前預(yù)測值的角度偏差dAngle，根據(jù)判斷條件| 0est-0k| <3°和dAngle< Φ，完成波門 10初始化，得到波門10在中心區(qū)域外的初始化值；
[0023] 1-1-4)對于波門11~13,采用笛卡爾距離，計算距離與門限的關(guān)系，完成波門11~ 13初始化，得到波門11~13在中心區(qū)域外的初始化值；
[0024] 1 -1 - 5 )對于波門14，中心區(qū)域外初始化時，波門14的初始化值直接計記為 OxFOOOO；
[0025] 所述中心區(qū)域內(nèi)初始化具體為，采用實際距離，計算預(yù)測位置與測量位置的笛卡 爾實際距離dL，根據(jù)笛卡爾實際距離dL與各波門門限的關(guān)系，完成各波門在中心區(qū)域內(nèi)初 始化，得到各波門在中心區(qū)域內(nèi)的初始化值。
[0026] 進(jìn)一步的為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式:所述步驟2)包括以下具 體步驟：
[0027] 2-1)依據(jù)點跡和航跡的屬性信息，對壓縮系數(shù)進(jìn)行首次縮放，若前端采用轉(zhuǎn)彎模 型，則從轉(zhuǎn)彎角度上對點跡和航跡關(guān)聯(lián)做篩選；
[0028] 2-2)計算點跡和航跡的屬性相似度SimScore，并對壓縮系數(shù)再次進(jìn)行縮放；
[0029] 2-3)根據(jù)航跡的歷史軌跡信息，計算點跡與航跡之間的航向差；
[0030] 2-4)計算基于航向差的計分增減，當(dāng)滿足(). 1745 + 時，則不罰分;否則 計分在計分的初始值的基礎(chǔ)上加上〇x〇8〇〇〇*0rate，完成計分更新。
[0031] 所述步驟2-3)根據(jù)航跡的歷史軌跡信息，計算點跡與航跡之間的航向差，包括以 下步驟：
[0032] 2-3-1)當(dāng)航跡在中心區(qū)域外時，將測量的點跡轉(zhuǎn)換在笛卡爾坐標(biāo)系下的位置計為 倒數(shù)第二點跡?1<-1(乂1{-1，￥1{- 1)、上一時刻的點跡?1{01{，￥1〇和本次測量的點跡?4乂^￥〇，并通 過.=計算P4-名和硬的夾角-；
[0033] 2-3-2)當(dāng)航跡在中心區(qū)域內(nèi)時，倒推到航跡的倒數(shù)第7個點跡和倒數(shù)第8個點跡的 位置，若倒數(shù)第8個點跡不存在，則從倒數(shù)第7個點跡開始向當(dāng)前點跡倒推直到取到相鄰的 兩個測量的有效點跡;并在笛卡爾坐標(biāo)系下，取相鄰的兩個測量的有效點跡的中心點跡計 為P pre(Xpre，Ypre)、所述上一時刻的點跡計為Pk(Xk，Yk)和本次測量的點跡計SP m(Xm，Ym)，并 通過卻=cos-，耳瓦)計算尸_巧和?的夾角抑且航跡在中心區(qū)域內(nèi)屬性壓縮系 數(shù)在處理后的基礎(chǔ)上縮小一半為Cr=0.5Cr。
[0034] 進(jìn)一步的為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式:所述根據(jù)屬性相似度的 值，并與不同門限作比較，對計分進(jìn)行相應(yīng)的增減，從而得到計分的更新值，具體為：
[0035] 3-1)設(shè)置屬性相似度初始值為0,最大值為12,最小值為-12;其中，值越大，代表這 兩者間的屬性相似度越大；
[0036] 3-2)判斷航跡或點跡是否包含任何屬性信息，是則返回相似度值0,否則轉(zhuǎn)向步驟 3-3