隐身和高超声速双重影响下的临近空间目标跟踪方法技术

本发明专利技术提出了一种基于最大递推能量跟踪的临近空间隐身高超声速目标跟踪方法。该方法包括以下步骤：首先，在点数积累上对TBD算法进行改进，利用递推航迹替代传统的点数积累，这时点数积累将不再是由多个时刻的批处理量测组成，而是由1个时刻的量测和m‑1个时刻的已有航迹点组成，这样算法不仅具备了实时性，且可有效解决目标高超声速运动所带来的时延偏差问题；接着，在能量积累上对TBD算法做进一步改进，利用递推能量替代传统的能量积累，这样算法在对目标实时跟踪的同时，还可有效克服目标隐身所带来的检测难题；最后，将递推航迹和递推能量有机结合，通过最大递推能量判决机制的合理判决，以最终实现对隐身高速目标的有效跟踪。

【技术实现步骤摘要】
隐身和高超声速双重影响下的临近空间目标跟踪方法
本专利技术涉及临近空间高超声速目标跟踪领域，用于解决隐身和高超声速双重影响下的目标跟踪问题。
技术介绍
与传统的飞机目标不同，临近空间飞行器具有隐身+高超声速的复合特性，对现有雷达预警防御系统具有严重的挑战。一方面，临近空间飞行器的速度通常在Ma5以上，飞行器可在极短的时间内通过雷达预警探测区域，这时，雷达即使能够发现目标，也没有足够的时间做出反应；另一方面，在目标高超声速飞行的过程中，飞行器周围会产生大量的等离子体激波，这些等离子体激波通过吸收、散射雷达电磁波，使临近空间飞行器在高超声速飞行的同时还兼具一定的隐身特性，进而严重影响现有雷达对目标的搜索跟踪能力。为此，如何解决隐身+高超声速双重影响下的目标跟踪难题是当前急需解决的一个关键问题。检测前跟踪(TrackBeforeDetect,TBD)技术是当前实现隐身目标跟踪的一种有效途径。但是，该方法在具体实现的过程中，却需要长时间的非相参积累。在对临近空间目标跟踪的整个过程中，如果全都使用TBD量测对目标进行跟踪处理，不仅计算量大，而且会产生一定的时间延迟偏差。对于目标速度较小的情况，这一偏差可以忽略不计，但在目标高超声速运动的情况下，却会对目标跟踪产生严重的影响。例如，在目标速度为5000m/s，雷达扫描周期为2s，TBD处理周期为5的条件下，每个跟踪测量周期将会产生50km的时间滞后问题。为此，如何构建一种既能对目标进行实时跟踪处理，又能兼顾检测概率的目标跟踪方法是当前隐身高超声速目标跟踪中需要解决的一个关键问题。针对这一情况，本专利技术在充分考虑目标能量积累和跟踪实时性的基础上，提出一种先对目标轨迹进行预测，再对目标量测进行最大递推能量选取的目标跟踪方法，以有效解决隐身和高超声速双重影响下的目标跟踪难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于突破传统TBD算法的限制，解决隐身+高超声速双重影响下的目标跟踪难题，提升现有雷达跟踪邻近空间目标的能力，提出一种基于最大递推能量跟踪的邻近空间目标跟踪新方法。其中要解决的问题包括：1)传统的TBD算法适用于隐身目标跟踪，但在目标高速运动的条件下，却存在跟踪实时性差、具有大时延偏差的问题。2)现有的先检测后跟踪方法实时性较强，不存在目标高速运动所带来的时延偏差问题，但却建立在性噪比较高的假设下，而对目标隐身的情况却并没有加以充分考虑。3)在隐身和高超声速双重影响的条件下，现有的TBD算法和先检测后跟踪方法都不再适用，很难实现对邻近空间目标的有效跟踪。本专利技术所述的基于最大递推能量跟踪的邻近空间目标跟踪新方法，其特征在于包括以下技术措施：步骤一、对TBD算法进行改进，利用递推航迹替代传统的点数积累，这时点数积累将不再是由多个时刻的批处理量测组成，而是由1个时刻的量测和m-1个时刻的已有航迹点组成，这样算法不仅具备了实时性，可有效剔除目标高速运动所带来的时延偏差，而且进一步回避了数据空间到参数空间的冗余转换；步骤二、对TBD算法做进一步改进，利用递推能量替代传统的能量积累，这时能量积累由m-1个时刻的航迹点能量和当前时刻目标区域内最大的量测点能量组成，这样在对目标实时跟踪的同时，还可使量测具有较高的检测概率，进而解决目标隐身所带来的跟踪难题；步骤三、在递推航迹和递推能量更新的同时，构建最大递推能量判决机制，选择最佳的跟踪方式对目标进行递推跟踪处理；步骤四、目标跟踪滤波。对比现有技术，本专利技术所述的基于最大递推能量跟踪的邻近空间目标跟踪新方法，有益效果在于：1)本专利技术是对现有TBD方法的一种改进，在维持其高检测概率的同时，还能兼顾先检测后跟踪方法的实时性特征；2)与现有的TBD方法相比，本专利技术实时性强，运算速度快，且可有效消除目标高速运动所带来的时延偏差问题；3)与现有的先检测后跟踪方法相比，本专利技术在对目标实时跟踪的同时，还可有效解决低信噪比条件下的跟踪难题；4)本专利技术可有效实现邻近空间隐身高超声速目标的可靠跟踪，且具有较高的跟踪精度。附图说明附图1是基于最大递推能量跟踪的邻近空间目标跟踪方法步骤流程图；附图2是最大递推能量跟踪的点迹积累图；附图3是最大递推能量跟踪的能量积累图；附图4是隐身+高超声速双重影响下的目标跟踪模型图。具体实施方式针对隐身和高超声速双重影响下的临近空间目标跟踪难题，本专利技术设计了一种基于最大递推能量跟踪的临近空间目标跟踪新方法。首先，在点数积累上对TBD算法进行改进，利用递推航迹替代传统的点数积累，这时点数积累将不再是由多个时刻的批处理量测组成，而是由1个时刻的量测和m-1个时刻的已有航迹点组成，这样算法不仅具备了实时性，且可有效解决目标高超声速运动所带来的时延偏差问题；接着，在能量积累上对TBD算法做进一步改进，利用递推能量替代传统的能量积累，这样算法在对目标实时跟踪的同时，还可有效克服目标隐身所带来的检测难题；最后，将递推航迹和递推能量有机结合，通过最大递推能量判决机制的合理判决，以最终实现对隐身高超声速目标的有效跟踪。以下结合说明书附图1对本专利技术做进一步的详细描述。参照说明书附图1，本专利技术的处理流程分以下步骤：1)利用递推航迹替代传统的点数积累对TBD算法进行改进，利用递推航迹替代传统的点数积累，这时点数积累将不再是由多个时刻的批处理量测组成，而是由1个时刻的量测和m-1个时刻的已有航迹点组成，这样算法不仅具备了实时性，可有效剔除目标高速运动所带来的时延偏差，而且进一步回避了数据空间到参数空间的冗余转换，其具体如附图2所示；①递推航迹构建假设k时刻目标的状态向量为X(k)＝[x(k),vx(k),y(k),vy(k)]T(1)挑选其位置状态Y(k)＝[x(k),y(k)]T(2)则在目标跟踪的过程中，可构建长度为m的递推航迹Ym(k)＝{Y(k-m+1),...,Y(k-1),Y(k)}(3)其中，Y(i)为目标的已有航迹，且i＝k-m+1,...,k-1,k。②递推航迹更新在对递推航迹Ym(k)构建的基础上，利用m-1个时刻的已有航迹对k+1时刻的目标位置进行预测，其中进而，目标可能出现的区域为Zξ(k+1|k)＝[xξ(k+1|k),yξ(k+1|k)]T(6)其中这时，在确定目标区域Zξ(k+1|k)的条件下，按照步骤2)所述的方法，选择区域内能量最大的量测点进行实时更新处理，进而递推航迹可更新为Ym(k+1)＝{Y(k-m+2),...,Y(k-1),Y(k),Z(k+1)}(8)其中，Y(j)为m-1个时刻的目标已有航迹，且j＝k-m+2,...,k-1,k。Z(k+1)为按照步骤2)所选出的目标量测，并在跟踪结束后更新为航迹点Y(k+1)。2)利用递推能量替代传统的能量积累对TBD算法做进一步改进，利用递推能量替代传统的能量积累，这时能量积累由m-1个时刻的航迹点能量和当前时刻目标区域内最大的量测点能量组成，这样在目标实时跟踪的同时，还可使量测具有较高的检测概率，进而解决目标隐身所带来的跟踪难题，其具体如附图3所示；①递推能量构建在递推航迹构建的基础上，进一步构建与之相匹配的递推能量其中a(i)＝PtG2ελ2/(4π)3r(i)4(10)为单个航迹点的能量大小，且i＝k-m+1,...,k-1,k，Pt为雷达发射功率，λ表示雷达发本文档来自技高网...

【技术保护点】
隐身和高超声速双重影响下的邻近空间目标跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在数据空间，构建由1个量测点和m‑1个航迹点组成的递推航迹，并利用递推航迹的更新，替代传统TBD算法中的点数积累；步骤二：在能量空间，构建由1个最大量测点能量和m‑1个航迹点能量组成的递推能量，并利用递推能量的更新，替代传统TBD算法中的能量积累；步骤三：在递推航迹和递推能量更新的同时，构建最大递推能量判决机制，选择最佳的跟踪方式对目标进行递推跟踪处理；步骤四：目标跟踪滤波。

【技术特征摘要】
1.隐身和高超声速双重影响下的邻近空间目标跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在数据空间，构建由1个量测点和m-1个航迹点组成的递推航迹，并利用递推航迹的更新，替代传统TBD算法中的点数积累；步骤二：在能量空间，构建由1个最大量测点能量和m-1个航迹点能量组成的递推能量，并利用递推能量的更新，替代传统TBD算法中的能量积累；步骤三：在递推航迹和递推能量更新的同时，构建最大递推能量判决机制，选择最佳的跟踪方式对目标进行递推跟踪处理；步骤四：目标跟踪滤波。2.根据权利要求1所述的，隐身和高超声速双重影响下的邻近空间目标跟踪方法，其特征在于，步骤一中递推航迹构建的方法为：假设k时刻目标的状态向量为X(k)＝[x(k),vx(k),y(k),vy(k)]T挑选其位置状态Y(k)＝[x(k),y(k)]T则在目标跟踪的过程中，可构建长度为m的递推航迹Ym(k)＝{Y(k-m+1),...,Y(k-1),Y(k)}其中，Y(i)为目标的已有航迹，且i＝k-m+1,...,k-1,k。3.根据权利要求1所述的，隐身和高超声速双重影响下的邻近空间目标跟踪方法，其特征在于，步骤一中递推航迹更新的方法为：在对递推航迹Ym(k)构建的基础上，利用m-1个时刻的已有航迹对k+1时刻的目标位置进行预测，其中进而，目标可能出现的区域为Zξ(k+1|k)＝[xξ(k+1|k),yξ(k+1|k)]T其中这时，在确定目标区域Zξ(k+1|k)的条件下，按照步骤二所述的方法，选择区域内能量最大的量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翔宇，王国宏，黄婧丽，白杰，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空工程学院，
类型：发明
国别省市：山东,37