一种基于不同距离角度分辨率雷达集中式异步融合方法技术

本发明专利技术公开了一种基于不同距离角度分辨率雷达集中式异步融合方法，涉及不同距离分辨率雷达量测对齐和多雷达数据融合技术研究。本发明专利技术首先建立在雷达的极坐标系下的目标运动和量测方程；然后采用空间栅格划分，用栅格对齐的方法把不同距离和角度分辨率的雷达量测数据对齐到相同的尺寸上，然后采用集中式异步融合的方法对多个雷达的量测数据进行数据融合，并且采用DP‑TBD方法对融合后的数据进行处理和恢复目标运动轨迹。本发明专利技术有效解决了在实际应用中的不同距离和角度分辨率的雷达难以利用基于检测前跟踪的动态规划算法进行集中式融合的问题，从而实现了对不同距离和角度分辨率雷达量测进行集中式异步融合，可以有效提升对弱目标的跟踪效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于不同距离角度分辨率雷达集中式异步融合方法
本专利技术属于雷达
，涉及不同距离分辨率雷达量测对齐和多雷达数据融合技术研究。
技术介绍
检测前跟踪(track-before-detect)即TBD技术是在低信杂比的情况下对目标进行检测和跟踪的一种技术。与一般的检测方法的不同之处在于，它采用一种新的思想：在单帧内并不宣布检测结果，而是将单帧回波数据信息数字化并存储起来，对多帧数据处理后同时宣布检测结果与目标的航迹。它的实质是通过对目标信号进行多帧积累，突显目标信息的同时抑制杂波干扰，用时间上的积累换取信噪比的提高，解决了传统的检测后跟踪算法对每一帧数据进行处理而导致的有用的目标信息可能丢失的问题，有效地提高了强杂波、强干扰、低信噪比下雷达对弱目标的检测和跟踪能力。实现TBD技术的算法有很多，包括动态规划(DynamicProgramming)、粒子滤波(ParticleFilter)、霍夫变换(HoughTransform)、最大似然概率数据融合(ML-PDA)等。其中，基于动态规划的检测前跟踪算法(DP-TBD)具有允许目标有一定机动性，易于实现等特点，已成为当前TBD领域研究的热点。近年来，DP-TBD技术作为一种探测跟踪目标的高效方法，在民用和军用领域都有着广阔的发展空间。对于基于DP-TBD的多雷达融合方法，通过利用多个雷达的量测数据，可以使检测和跟踪效果的显著提升并且可以获得目标雷达反射截面积(RCS)的空间增益。但是基于DP-TBD的多传感器融合方法研究不多，多个传感器的大量原始数据如何处理和异步的量测数据如何进行融合问题难以解决。在文献“AnAmplitudeAssociationDynamicProgrammingTBDAlgorithmwithMultistaticRadar，ControlConference(CCC),35thChineseTCCT,5076-5079,2016”中，实现了基于DP-TBD算法的多雷达融合，并且有效提高了对弱目标的跟踪效果和取得了目标雷达反射截面积(RCS)的空间增益。但此模型只能解决相同距离和角度分辨率雷达的融合问题，不能应用于解决不同距离分辨率的雷达融合问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的缺陷，研究设计一种可以实现不同距离和角度分辨率雷达的基于DP-TBD的集中式融合方法，解决现有不同距离和角度分辨率的雷达数据不能够采用基于检测前跟踪(TBD)的动态(DP)规划算法进行处理的问题。本专利技术的解决方案是是首先将空间按照其距离和角度分辨率进行栅格划分，然后在真实雷达的极坐标系下建模。量测采用空间栅格对齐的方式把不同距离分辨率的雷达数据对齐到相同的栅格尺寸上，首先选定一个确定的栅格大小，都按照这个栅格大小量化检测区域。当雷达栅格尺寸小于该个栅格大小时，取出临近范围内栅格中最大的量测作为该栅格量测。当雷达珊格大于确定栅格大小时，将这些雷达珊格的量测分别对应到指定栅格的位置，其余栅格量测全部加上均值为0方差为1的高斯分布噪声。该方法有效解决了在实际应用中不同距离和角度分辨率的雷达数据不能运用DP-TBD方法进行处理的问题，并且利用多个雷达数据的集中式融合，从而实现对弱目标的检测能力的提升。为了方便描述本专利技术的内容，首先对以下术语进行解释：术语1：极坐标系(polarcoordinates)极坐标系(polarcoordinates)是指在平面内由极点、极轴和极径组成的坐标系。在平面上取定一点O，称为极点。从O出发引一条射线Ox，称为极轴。再取定一个长度单位，通常规定角度取逆时针方向为正。这样，平面上任一点P的位置就可以用线段OP的长度ρ以及从Ox到OP的角度θ来确定，有序数对(ρ，θ)就称为P点的极坐标，ρ称为P点的极径，θ称为P点的极角。术语2：栅格栅格是指将雷达检测区域划分成若干个指定大小的矩形格子，是DP-TBD算法的第一步术语3：集中式融合集中式融合即将每个雷达的量测数据不加处理，直接传到一个融合中心进行数据处理的融合方式术语4：融合中心将传到融合中心的数据根据指定的算法的进行数据处理并且恢复出目标的运动状态估计的一个数据处理中心术语5：雷达距离和方位分辨率雷达距离分辨率指的是两个目标物在雷达荧光屏上产生的回波数据能够区分开来的最小实际距离。角分辨率即成像系统或系统元件能有差别地区分开两相邻物体最小间距的能力。分辨本领一般用成像系统对两个最小可辨目标之间所张角度大小表示。术语6：雷达反射截面积雷达截面积Radarcross-section(RCS)是指雷达的反射截面积，雷达探测的原理是发射电磁波照射到物体表面在反射回接收天线，而雷达波照射到物体表面依原路径返回的电磁波越少，雷达截面积越小，雷达对目标的信号特征就越小，探测距离也越短。本专利技术提出了一种基于不同距离角度分辨率雷达集中式异步融合方法，该方法包括：步骤1：各雷达获取量测空间的回波信号；步骤2：各雷达根据自身的角度和距离分辨率对自身的量测空间进行栅格划分；步骤3：确定一个量测空间的栅格模板，将各雷达的量测空间根据选定的栅格模板进行映射，从而将各雷达量测空间进行尺寸统一；步骤4：将各雷达映射后的量测空间数据传输至融合中心，融合中心按照时间顺序对各量测空间数据进行排序；步骤5：对各雷达相同时间的量测数据进行融合；步骤6：根据融合后数据判断目标轨迹。进一步的，所述步骤2的具体方法为：步骤2.1：确定各雷达中分辨率居中的雷达；步骤2.2：将该雷达量测空间的进行栅格划分，确定每个栅格中包括的距离单元的个数；步骤2.3：对其他雷达量测空间进行栅格划分，使划分后的各栅格中包含的距离单元个数与步骤2.2中雷达栅格中距离单元个数相同。进一步的，所述步骤3的具体方法为：步骤3.1：将各雷达分辨率居中的雷达栅格划分方式确定为栅格模板；步骤3.2：对高于步骤3.1中雷达分辨率的高分辨率雷达进行栅格映射时，首先确定栅格模板中各栅格所处的量测空间对应于高分辨率雷达的哪些栅格，然后从高分辨雷达对应于同一模板栅格的所有栅格中选择出量测值最大的栅格，将选出的栅格映射到模板栅格上；步骤3.3：对低于步骤3.1中雷达分辨率的低分辨率雷达进行栅格映射时，采用如下公式进行栅格映射：Z″(i,j)＝Z(m,n)，i＝nrl×m，j＝nθl×n；其中Z″(i,j)表示映射后位置为(i,j)的栅格的量测值，Z(m,n)为映射前位置为(m,n)的栅格的量测值，nrl表示待映射雷达的距离分辨率与栅格模板雷达的距离分辨率的比值，nθl表示待映射雷达的角度分辨率与栅格模板雷达的角度分辨率的比值，将未映射到的栅格采用均值为0，方差为1的高斯白噪声来填充。本专利技术的有益效果：本专利技术的方法利用不同距离和角度分辨率的雷达空间量测栅格对齐和集中式异步融合的方法，首先将目标在距离和方位向上进行建模，然后将空间进行栅格划分，将不同距离和角度分辨率的雷达量测数据进行栅格大小对齐，然后将对齐的量测数据送到融合中心，再对量测数据按时间顺序进行排序和运动DP-TBD算法进行处理，从而解决了不同距离和角度分辨率雷达运用DP-TBD算法无法实现数据融合的问题。本专利技术的优点是通过以上方法可以有效提升目标的检测跟踪效果和实现不同距离和角度分辨率的雷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于不同距离角度分辨率雷达集中式异步融合方法，该方法包括：步骤1：各雷达获取量测空间的回波信号；步骤2：各雷达根据自身的角度和距离分辨率对自身的量测空间进行栅格划分；步骤3：确定一个量测空间的栅格模板，将各雷达的量测空间根据选定的栅格模板进行映射，从而将各雷达量测空间进行尺寸统一；步骤4：将各雷达映射后的量测空间数据传输至融合中心，融合中心按照时间顺序对各量测空间数据进行排序；步骤5：对各雷达相同时间的量测数据进行融合；步骤6：根据融合后数据判断目标轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种基于不同距离角度分辨率雷达集中式异步融合方法，该方法包括：步骤1：各雷达获取量测空间的回波信号；步骤2：各雷达根据自身的角度和距离分辨率对自身的量测空间进行栅格划分；步骤3：确定一个量测空间的栅格模板，将各雷达的量测空间根据选定的栅格模板进行映射，从而将各雷达量测空间进行尺寸统一；步骤4：将各雷达映射后的量测空间数据传输至融合中心，融合中心按照时间顺序对各量测空间数据进行排序；步骤5：对各雷达相同时间的量测数据进行融合；步骤6：根据融合后数据判断目标轨迹。2.如权利要求1所述的一种基于不同距离角度分辨率雷达集中式异步融合方法，其特征在于所述步骤2的具体方法为：步骤2.1：确定各雷达中分辨率居中的雷达；步骤2.2：将该雷达量测空间的进行栅格划分，确定每个栅格中包括的距离单元的个数；步骤2.3：对其他雷达量测空间进行栅格划分，使划分后的各栅格中包含的距离单元个数与步骤2.2中雷达栅格中距离单元个数相同。3.如权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：易伟，李洋漾，李雯，孙智，陈璐，徐璐霄，孔令讲，崔国龙，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51