基于线性预测的雷达航迹压缩方法技术

本发明专利技术公开了一种基于线性预测的雷达航迹压缩方法，涉及数据压缩技术领域。所述方法针对北斗短报文通信容量有限的问题，采用设置误差阙值对航迹数据进行线性预测，实现对航迹数据的压缩。压缩算法简单、运算量小，对硬件处理器的要求较低，易于编程实现，并且压缩效果好，在一定误差范围内，能够满足有限带宽条件下应急空情传输的需要，该算法还可应用于船舶航迹、远程控制等数据的压缩，具有很好的应用前景。

Radar track compression method based on linear prediction

The invention discloses a radar track compression method based on linear prediction, which relates to the technical field of data compression. Aiming at the problem of limited communication capacity of Beidou short message, the method uses setting error threshold value to predict the track data linearly, and realizes the compression of track data. Compression algorithm is simple, computational complexity is small, the hardware processor requirements are low, easy to program and achieve, and the compression effect is good, within a certain error range, can meet the needs of emergency air information transmission under limited bandwidth conditions, the algorithm can also be applied to ship track, remote control and other data compression, has a good response. Use the prospect.

【技术实现步骤摘要】
基于线性预测的雷达航迹压缩方法
本专利技术涉及数据压缩方法
，尤其涉及一种基于线性预测的雷达航迹压缩方法。
技术介绍
雷达能够对空中目标实现连续侦测，获取敌机的位置、速度、高度等飞行参数，形成具有一定格式的雷达航迹数据。目前可移动雷达航迹数据传输以无线电台和有线通信为主。但有线通信传输距离受限，无线电台易受干扰。由于北斗短报文具有通信可靠、稳定、保密性强等优点，所以在无线电台和有线通信遭失效的情况下，北斗短报文通信可以成为重要的应急传输手段。北斗短报文通信已经在电能数据采集，电网监测系统和油田监测等方面得到广泛应用。但北斗短报文通信带宽有限，难以实现常规雷达航迹数据的传输。在此情况下，数据压缩是一种有效的解决途径。雷达航迹压缩的特点是小数据量压缩。根据数据率的不同，每个雷达航迹信息包含的点迹数据量也各不相同，通常为每分钟6-12个点迹，数据量较小。常用的压缩方法有无损数据压缩、专用数据压缩、曲线拟合压缩和特征点压缩。无损数据压缩一般基于大数据量的文本数据进行压缩，对于小数据量的雷达航迹，压缩率常常大于100％。对于应用于图像和视频的专用压缩算法，例如小波变换、压缩感知等，并不适用于雷达航迹压缩。曲线拟合参数压缩和特征点压缩是通用的小数据压缩算法。曲线拟合参数压缩对点迹进行曲线拟合，进而传输曲线参数实现点迹的压缩。特征点压缩算法通过提取的特征点代替点迹传输实现点迹的压缩。特征点压缩算法主要包括间隔取点法、合并法(偏角法)、垂距法、分裂法以及预测法等。间隔取点法等间隔的取点作为特征点，算法虽然简单，但误差较大；合并法通过夹角的大小确定是否舍去该点，算法运算量较大；垂距法根据点到前后两点连线的距离来判断是否选取该点，恢复点迹误差较大；分裂法取到首尾两个点组成的直线距离最大的点，将直线分裂为两段，然后递归的使用分裂法，直到所有的点处理完，该算法运算量大；文献基于死区原则对数据进行线性预测实现触觉点数据压缩；文献基于多自由度死区原则对数据进行线性预测实现触觉点数据的压缩；文献基于最小二乘和中值滤波对数据进行线性预测实现触觉点数据的压缩。但是死区原则和中值滤波并不适用于航迹数据的预测，本文采用设置误差阙值对航迹数据进行线性预测，实现对航迹数据的压缩。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种算法简单、运算量小、对硬件处理器的要求较低、易于实现并且压缩效果好的雷达航迹压缩方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于线性预测的雷达航迹压缩方法，其特征在于包括如下步骤：1)设一批航迹共有n个点，记为Pr1，Pr2...Pri...Prn，其中Pri的坐标记为(Xi，Yi，Zi)，Xi是指第i个航迹点的横坐标，Yi是指第i个航迹点的纵坐标，Zi是指第i个航迹点的Z轴坐标；对前三个航迹点Pr1，Pr2，Pr3用三维最小二乘法进行直线拟合，得2)在假设目标做匀速运动的前提下，基于前三个点预测下一个点的横坐标Xp1为：根据上式得到预测点的其它坐标Yp1，Zp1为：3)将预测得到的点Pp1(Xp1，Yp1，Zp1)与后续的点Pr4间的距离l与误差阙值d比较，如果点Pp1(Xp1，Yp1，Zp1)与后续的点Pr4间的距离l小于误差阙值d，则忽略该点，进行下一个点的预测；如果点Pp1(Xp1，Yp1，Zp1)与后续的点Pr4间的距离l大于误差阙值d，则记录该点，并取下两个点，拟合新的直线，重复步骤1)、步骤2)和步骤3)；4)通过以上步骤处理点迹，直到所有的点处理完，确定每段直线的端点；5)确定好每段直线的端点，用这些端点作为这些点的特征点进行传输，从而实现点迹数据的压缩。进一步的技术方案在于，根据最小二乘原理，使的残差的平方和最小，可得：采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法采用设置误差阙值对航迹数据进行线性预测，实现对航迹数据的压缩。压缩算法简单、运算量小，对硬件处理器的要求较低，易于编程实现，并且压缩效果好，在一定误差范围内，能够满足有限带宽条件下应急空情传输的需要，该算法还可应用于船舶航迹、远程控制等数据的压缩，具有很好的应用前景。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术实施例所述方法的流程图；图2是本专利技术实施例中对警戒雷达探测的目标航迹用垂距法进行拟合的仿真示意图；图3是本专利技术实施例中对警戒雷达探测的目标航迹用分裂法进行拟合的仿真示意图；图4是本专利技术实施例中对警戒雷达探测的目标航迹用分段直线进行拟合的仿真示意图；图5是本专利技术实施例中对警戒雷达探测的目标航迹用二阶多项式进行拟合的仿真示意图；具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。如图1所示，本专利技术公开了一种基于线性预测的雷达航迹压缩方法，所述方法是将点迹数据组成的航迹进行分段，对每一段进行最小二乘直线拟合。如果目标不做机动，直接用直线进行拟合；如果目标做机动，在一定误差范围内，可以用折线对航迹进行拟合。相比于其它函数进行拟合，直线拟合的运算量小，运算简单。基于线性预测的分段拟合压缩算法采用的分段方法是用拟合的直线进行点的预测，根据实际情况设定误差阙值，通过判断预测的点与真实的点之间的距离与误差阙值的大小关系来确定是否分段，最后选取每段直线的端点和首尾点作为特征点实现点迹的压缩。由于目标的航迹是一个三维曲线，因此采用三维折线拟合三维点迹。对于空间中的直线，可以看作两个平面的交线，所以可以用一个方程组来表示空间直线：根据最小二乘原理，使残差的平方和最小，可得：线性预测的分段拟合压缩算法的步骤如下：1)记一批航迹共有n个点，记为Pr1，Pr2...Pri...Prn，其中Pri的坐标记为(Xi，Yi，Zi)。Xi是指第i个航迹点的横坐标，Yi是指第i个航迹点的纵坐标，Zi是指第i个航迹点的Z轴坐标。对前三个点Pr1，Pr2，Pr3用三维最小二乘法进行直线拟合，得：2)在假设目标做匀速运动的前提下，基于前三个点预测下一个点的横坐标Xp1为：根据(4)得预测点的其它坐标Yp1，Zp1为：3)将预测得到的点Pp1(Xp1，Yp1，Zp1)与后续的点Pr4间的距离l与误差阙值d比较，如果点Pp1(Xp1，Yp1，Zp1)与后续的点Pr4间的距离l小于误差阙值d，则忽略该点，进行下一个点的预测；如果点Pp1(Xp1，Yp1，Zp1)与后续的点Pr4间的距离l大于误差阙值d，则记录该点，并取下两个点，拟合新的直线，重复上述步骤1)-步骤3)；4)通过以上步骤处理点迹，直到所有的点处理完，确定每段直线的端点；5)确定好每段直线的端点，用这些端点作为这些点的特征点进行传输，从而实现点迹数据的压缩。仿真实验及效果评估：某警戒雷达一分钟转12周，对其实测的目标数据进行压缩仿真，其中设定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线性预测的雷达航迹压缩方法，其特征在于包括如下步骤：1)设一批航迹共有n个点，记为Pr1,Pr2...Pri...Prn，其中Pri的坐标记为(Xi,Yi,Zi)，Xi是指第i个航迹点的横坐标，Yi是指第i个航迹点的纵坐标，Zi是指第i个航迹点的Z轴坐标；对前三个航迹点Pr1,Pr2,Pr3用三维最小二乘法进行直线拟合，得

【技术特征摘要】
1.一种基于线性预测的雷达航迹压缩方法，其特征在于包括如下步骤：1)设一批航迹共有n个点，记为Pr1,Pr2...Pri...Prn，其中Pri的坐标记为(Xi,Yi,Zi)，Xi是指第i个航迹点的横坐标，Yi是指第i个航迹点的纵坐标，Zi是指第i个航迹点的Z轴坐标；对前三个航迹点Pr1,Pr2,Pr3用三维最小二乘法进行直线拟合，得2)在假设目标做匀速运动的前提下，基于前三个点预测下一个点的横坐标Xp1为：根据上式得到预测点的其它坐标Yp1，Zp1为：3)将预测得到的点Pp1(Xp1,Yp1,Zp1)与后续的点Pr4间的距离l与误差阙...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩壮志，马天林，尚朝轩，解辉，马俊涛，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：河北,13