一种外辐射源雷达多站混合跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种外辐射源雷达多站混合跟踪方法。方法包括点迹的初步筛选和多站混合跟踪两个模块。点迹的初步筛选利用双基地跟踪剔除部分虚警量测，降低了后续处理计算量。多站混合跟踪模块包含航迹维持和航迹起始两个子模块，并设计了两类航迹：高精度航迹与低精度航迹。航迹维持中：首先进行高精度维持航迹的关联与滤波；然后进行低精度维持航迹关联，并设计了低精度维持航迹向高精度航迹的转化。最后对剩余的量测分别进行高精度、低精度航迹起始。本发明专利技术方法引入了高精度、低精度两类航迹，显著提高了高质量航迹形成的概率，调和了航迹精度与航迹连续性之间的矛盾，能很好应对收发对个数不多且单个收发对检测概率较低的情况，工程实用性强。

A multi station hybrid tracking method for external radiation sources radar

The invention discloses a multi station hybrid tracking method for an external radiation source radar. The method consists of two modules: initial screening and multi station hybrid tracking. Bistatic tracking is used to eliminate some false alarm measurements, which reduces the amount of subsequent processing. The multi-station hybrid tracking module includes two sub-modules: track maintenance and track initiation, and two types of track are designed: high-precision track and low-precision track. In track maintenance, high-precision track correlation and filtering are carried out firstly, then low-precision track correlation is carried out, and low-precision track conversion to high-precision track is designed. Finally, high accuracy and low precision track initiation is carried out for the remaining measurements. The method of the invention introduces two types of tracks with high precision and low precision, which significantly improves the formation probability of high quality tracks, reconciles the contradiction between track precision and track continuity, and can well deal with the situation that the number of receiving and receiving pairs is not large and the detection probability of a single receiving and receiving pair is low, and has strong engineering practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种外辐射源雷达多站混合跟踪方法
本专利技术属于雷达数据处理领域，涉及多传感器多目标跟踪方法，具体涉及一种外辐射源雷达多站混合跟踪方法。
技术介绍
传统单站外辐射源雷达探测目标时所获得的信息较为单一，导致其在定位精度，检测概率，覆盖区域等方面存在缺陷。而通过多个发射站、多个接收站组成的MIMO(多发多收)探测系统对同一目标区域进行探测，可以获得多维的目标信息，通过对多维信息的融合处理可以获得目标更多、更准确的特征。MIMO外辐射源雷达一项关键技术涉及目标跟踪问题。研究发现，现有的MIMO外辐射源雷达的跟踪方法的主要思路有以下三种：一、先在各个收发对内利用双基距离与方位角单独对目标进行定位，将所有收发对量测转换到统一的笛卡尔坐标系下，然后进行关联与滤波。该种方法的优点在于笛卡尔坐标系下能利用各种成熟的融合算法对目标进行融合，缺点是由于单站方位角测量误差较大，单站定位精度不理想，导致后续的融合出错的可能性大大增加。二、利用三个或三个以上收发对测量的双基距离进行时差定位，再做关联与滤波跟踪。该种方法的典型代表有武汉大学万显荣和易建新等于2015年1月提交申请的一种单频网雷达多目标跟踪方法的专利技术专利(一种单频网雷达多目标跟踪方法，专利号ZL201510015901.2)，其模型不仅适用单频网情况下的多目标跟踪，也同样适用于非单频网情况下的多目标跟踪。该种方法的优点在于其航迹精度很高；缺点在于其只有在三个或三个以上收发对同时探测到目标时才能进行定位。这导致了该种方法存在对各收发对量测信息利用不充分，航迹不连续的问题。三、首先各收发对单独对目标进行跟踪，然后对各收发对内航迹进行航迹融合。该种方法的优点是各收发对向融合中心传输的数据量小，大大减少了融合中心的计算量；缺点在于单个收发对的方位角量测误差较大，目标跟踪航迹精度不理想，这导致了航迹之间关联困难、容易出错，且融合后的航迹精度不佳，甚至出现融合后的航迹不如单站跟踪的情况。在详细分析了现有MIMO外辐射源雷达目标跟踪方法优缺点的基础上，本专利技术提出了一种外辐射源雷达多站混合跟踪方法，该方法引入了高精度、低精度两类航迹，充分利用了各收发对内的量测信息，其高精度维持航迹可通过两种方式得到，显著提高了高精度航迹形成的概率，能很好的应对收发对个数不多且单个收发对检测概率较低的情况。本专利技术方法在大量减少计算量的同时，其目标跟踪性能在航迹连续性方面优于直接利用时差定位跟踪的方法，且其航迹精度与直接利用时差定位跟踪得到的航迹精度相当，调和了航迹精度与航迹连续性之间的矛盾，具有良好的工程实用价值。
技术实现思路
针对现有的MIMO外辐射源雷达目标跟踪方法在某些方面存在的不足，本专利技术提出了一种外辐射源雷达多站混合跟踪方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种外辐射源雷达多站混合跟踪方法，引入了高精度、低精度两类航迹，包含以下步骤：步骤1：单独对每个收发对内的量测数据进行初步筛选；步骤2：对步骤1中通过筛选的量测进行与高精度维持航迹的关联与滤波，删除各收发对内与高精度航迹关联上的量测；步骤3：对步骤2中各收发对内的剩余量测进行量测互联，生成二次量测，记录二次量测的组成情况；步骤4：对步骤2中各收发对内的剩余量测在每个收发对内单独进行低精度维持航迹的关联与滤波，记录低精度维持航迹与量测的关联关系；步骤5：根据步骤3中二次量测的组成情况和步骤4中低精度维持航迹与量测的关联关系，将低精度维持航迹与二次量测进行关联，并将关联到二次量测的低精度航迹转化为高精度航迹；步骤6：对步骤5中未关联上低精度维持航迹的二次量测进行高精度航迹起始，同时对步骤4中各收发对内未关联上低精度维持航迹的量测进行低精度航迹起始。作为优选，步骤1中所述收发对个数为NT-R(NT-R≥3)，k+1时刻第个收发对内包含Num(n)个量测数据，记为：其中为k+1时刻第n个收发对内的第num个量测数据；k时刻第n个收发对内存在Λ(n)条双基地维持航迹，记为：其中为k时刻第n个收发对内的第λ条双基地维持航迹的状态；双基地维持航迹在k+1时刻的航迹预测状态记为：k时刻第n个收发对内存在Ψ(n)条双基地起始航迹，记为：其中为k时刻第n个收发对内的第β条双基地起始航迹的状态；双基地起始航迹在k+1时刻的航迹预测状态记为：步骤1中所述的单独对每个收发对内的量测数据进行初步筛选的具体过程如下：步骤1.1：对于任意第n个收发对，当Λ(n)＞0时，根据全局最近邻域法进行与Zn(k+1)的关联，保存关联上的量测同时利用关联上的量测值进行卡尔曼滤波对进行更新，更新后的状态为根据M/N逻辑法对所有双基地维持航迹进行航迹终结判定，删除中判定为终结的航迹；当Λ(n)＝0时，表示此时没有正在维持的航迹，直接转至步骤1.2；步骤1.2：当Ψ(n)＞0时，将步骤1.1中未与双基地维持航迹关联上的量测与进行关联及滤波更新，更新后的状态为根据M/N逻辑法判断所有双基地起始航迹是否确认起始，保存使起始航迹确认时关联上的量测将中已经确认的起始航迹状态转化为双基地维持航迹，用于下一时刻的关联及滤波；当Ψ(n)＝0时，表示此时没有正在起始的航迹，直接转至步骤1.3；步骤1.3：将步骤1.1与步骤1.2中通过筛选的量测保存起来，未通过筛选的量测作为新的双基地航迹头，转化为双基地起始航迹，用于下一时刻的关联及滤波；步骤1.4：所有收发对重复以上步骤至全部收发对处理结束。作为优选，步骤2中所述设k时刻存在M条高精度维持航迹，记为：Xh(k|k)＝[xh,1(k|k),xh,2(k|k),…,xh,M(k|k)](M≥0)其中xh,m(k|k),m∈(1,2,…,M)为k时刻第m条高精度维持航迹的状态；其在k+1时刻航迹预测状态记为：步骤2所述的高精度维持航迹关联与滤波具体过程如下：步骤2.1：将转换到第n个收发对的双基地坐标内，转换后的状态记为：步骤2.2：根据全局最近邻域法对与步骤1中通过关联的量测进行关联；步骤2.3：重复步骤2.1、步骤2.2至与所有收发对内的量测关联完毕；步骤2.4：通过拓展卡尔曼滤波，对每条高精度航迹关联上的多个收发对内的量测进行滤波更新，更新后的状态记为Xh(k+1|k+1)，根据M/N逻辑法对所有高精度维持航迹进行航迹终结判断，将Xh(k+1|k+1)中判定为终结的高精度航迹删除。作为优选，步骤3中所述的通过量测互联生成二次量测，过程如下：步骤3.1：选取三个收发对关联构造低维度关联假设；步骤3.2：对步骤3.1所得的所有关联假设进行快速判决；具体实现过程为：首先利用关联假设中所包含的双基距离和到达角量测估计关联假设为真情况下对应的目标位置，记为然后将代入双基距离和到达角量测方程得双基距离和到达角估计量，将双基距离和到达角实际量测值减去相应估计量得残差Δzc，记双基距离和到达角量测协方差矩阵为Rc，得相应检验统计量其中上标“T”表示转置。将作为已知量代入关联假设所包含的双基速度量测方程，估计得速度类似地，将代入双基速度量测方程得双基速度估计量，用双基速度实际量测值减去相应估计量得残差Δzv，记双基速度量测协方差矩阵为Rv，得相应检验统计量综合得关联假设判决的检验统计量为Υ＝Tc+Tv关联假设正确时，Υ服从自由度为5的卡方分布，即Υ～χ2(5)，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外辐射源雷达多站混合跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：单独对每个收发对内的量测数据进行初步筛选；步骤2：对步骤1中通过筛选的量测进行与高精度维持航迹的关联与滤波，删除各收发对内与高精度航迹关联上的量测；步骤3：对步骤2中各收发对内的剩余量测进行量测互联，生成二次量测，记录二次量测的组成情况；步骤4：对步骤2中各收发对内的剩余量测在每个收发对内单独进行低精度维持航迹的关联与滤波，记录低精度维持航迹与量测的关联关系；步骤5：根据步骤3中二次量测的组成情况和步骤4中低精度维持航迹与量测的关联关系，将低精度维持航迹与二次量测进行关联，并将关联到二次量测的低精度航迹转化为高精度航迹；步骤6：对步骤5中未关联上低精度维持航迹的二次量测进行高精度航迹起始，同时对步骤4中各收发对内未关联上低精度维持航迹的量测进行低精度航迹起始。

【技术特征摘要】
1.一种外辐射源雷达多站混合跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：单独对每个收发对内的量测数据进行初步筛选；步骤2：对步骤1中通过筛选的量测进行与高精度维持航迹的关联与滤波，删除各收发对内与高精度航迹关联上的量测；步骤3：对步骤2中各收发对内的剩余量测进行量测互联，生成二次量测，记录二次量测的组成情况；步骤4：对步骤2中各收发对内的剩余量测在每个收发对内单独进行低精度维持航迹的关联与滤波，记录低精度维持航迹与量测的关联关系；步骤5：根据步骤3中二次量测的组成情况和步骤4中低精度维持航迹与量测的关联关系，将低精度维持航迹与二次量测进行关联，并将关联到二次量测的低精度航迹转化为高精度航迹；步骤6：对步骤5中未关联上低精度维持航迹的二次量测进行高精度航迹起始，同时对步骤4中各收发对内未关联上低精度维持航迹的量测进行低精度航迹起始。2.根据权利要求1所述的外辐射源雷达多站混合跟踪方法，其特征在于，步骤1中所述收发对个数为NT-R(NT-R≥3)，k+1时刻第n(n＝1,2,…NT-R)个收发对内包含Num(n)个量测数据，记为：其中为k+1时刻第n个收发对内的第num个量测数据；k时刻第n个收发对内存在Λ(n)条双基地维持航迹，记为：其中为k时刻第n个收发对内的第λ条双基地维持航迹的状态；双基地维持航迹在k+1时刻的航迹预测状态记为：k时刻第n个收发对内存在Ψ(n)条双基地起始航迹，记为：其中为k时刻第n个收发对内的第β条双基地起始航迹的状态；双基地起始航迹在k+1时刻的航迹预测状态记为：步骤1中所述的单独对每个收发对内的量测数据进行初步筛选的具体过程如下：步骤1.1：对于任意第n个收发对，当Λ(n)＞0时，根据全局最近邻域法进行与Zn(k+1)的关联，保存关联上的量测同时利用关联上的量测值进行卡尔曼滤波对进行更新，更新后的状态为根据M/N逻辑法对所有双基地维持航迹进行航迹终结判定，删除中判定为终结的航迹；当Λ(n)＝0时，表示此时没有正在维持的航迹，直接转至步骤1.2；步骤1.2：当Ψ(n)＞0时，将步骤1.1中未与双基地维持航迹关联上的量测与进行关联及滤波更新，更新后的状态为根据M/N逻辑法判断所有双基地起始航迹是否确认起始，保存使起始航迹确认时关联上的量测将中已经确认的起始航迹状态转化为双基地维持航迹，用于下一时刻的关联及滤波；当Ψ(n)＝0时，表示此时没有正在起始的航迹，直接转至步骤1.3；步骤1.3：将步骤1.1与步骤1.2中通过筛选的量测保存起来，未通过筛选的量测作为新的双基地航迹头，转化为双基地起始航迹，用于下一时刻的关联及滤波；步骤1.4：所有收发对重复以上步骤至全部收发对处理结束。3.根据权利要求1所述的外辐射源雷达多站混合跟踪方法，其特征在于，步骤2中所述设k时刻存在M条高精度维持航迹，记为：Xh(k|k)＝[xh,1(k|k),xh,2(k|k),…,xh,M(k|k)](M≥0)其中xh,m(k|k),m∈(1,2,…,M)为k时刻第m条高精度维持航迹的状态；其在k+1时刻航迹预测状态记为：步骤2所述的高精度维持航迹关联与滤波具体过程如下：步骤2.1：将转换到第n个收发对的双基地坐标内，转换后的状态记为：步骤2.2：根据全局最近邻域法对与步骤1中通过关联的量测进行关联；步骤2.3：重复步骤2.1、步骤2.2至与所有收发对内的量测关联完毕；步骤2.4：通过拓展卡尔曼滤波，对每条高精度航迹关联上的多个收发对内的量测进行滤波更新，更新后的状态记为Xh(k+1|k+1)，根据M/N逻辑法对所有高精度维持航迹进行航迹终结判断，将Xh(k+1|k+1)中判定为终结的高精度航迹删除。4.根据权利要求1所述的外辐射源雷达多站混合跟踪方法，其特征在于，步骤3中所述的通过量测互联生成二次量测，过程如下：步骤3.1：选取三个收发对关联构造低维度关联假设；步骤3.2：对步骤3.1所得的所有关联假设进行快速判决；具体实现过程为：首先利用关联假设中所包含的双基距离和到达角量测估计关联假设为真情况下对应的目标位置，记为然后将代入双基距离和到达角量测方程得双基距离和到达角估计量，将双基距离和到达角实际量测值减去相应估计量得残差Δzc，记双基距离和到达角量测协方差矩阵为Rc，得相应检验统计量其中上标“T”表示转置；将作为已知量代入关联假设所包含的双基速度量测方程，估计得速度类似地，将代入双基速度量测方程得双基速度估计量，用双基速度实际量测值减去相应估计量得残差Δzv，记双基速度量测协方差矩阵为Rv，得相应检验统计量综合得关联假设判决的检验统计量为关联假设正确时，服从自由度为5的卡方分布，即其中为Δzc的元素个数；关联假设判决准则为其中判决门限γ由给定的关联概率(即正确关联假设被接受的概率)根据卡方分布χ2(5)计算得到；步骤3.3：整理步骤3.2中被接受的关联假设，构成候选目标组；其具体实现包括以下两个子步骤：步骤3.3.1：关联假设融合；定义如下两个布尔矩阵，即相容矩阵Ccomp和距离矩阵Ddist，两矩阵均为方阵，行、列数为步骤2中接受的关联假设数，具体地，相容矩阵Ccomp第i行第k列的元素定义为其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：易建新，舒刊，万显荣，吕敏，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42