一种通用的雷达TWS与TAS结合目标指示方法技术

本发明专利技术涉及一种通用的雷达TWS与TAS结合目标指示方法，属于雷达技术领域。通过TWS与TAS在时域与空域的有机结合，可实现相控阵雷达在复杂搜索环境中对强机动目标的有效跟踪。通过TWS和TAS结合的目标指示方法，能有效实现雷达对搜索和跟踪两方面需求的兼顾，并控制系统调度的复杂度，提高系统的实时性能。提高系统的实时性能。提高系统的实时性能。

【技术实现步骤摘要】
一种通用的雷达TWS与TAS结合目标指示方法


[0001]本专利技术属于雷达
，具体涉及一种通用的雷达TWS与TAS结合目标指示方法，适用于相控阵雷达在复杂工作环境中的目标搜索与跟踪。

技术介绍

[0002]雷达TWS与TAS结合目标指示方法是一种通用的相控阵雷达波束调度与目标跟踪处理方法。
[0003]目前，相控阵雷达主要采用TWS(Track While Scan,边扫描边跟踪)和TAS(Track And Search,搜索加跟踪)两种工作模式来实现对目标的扫描和跟踪。其中，TWS继承机械扫描方式的固定扫描周期，将一个扫描周期内的所有观测数据进行统一记录并进行相应的数据处理，包括：关联、滤波、预测等。该模式为相控阵雷达提供了一种多目标检测手段，但受更新周期的限制，目标的跟踪精度较低，其对于大机动目标容易造成断航。TAS在TWS的基础上，利用相控阵天线波束扫描的灵活性，在搜索波束的时序间穿插跟踪波束。搜索波束和跟踪波束以不同的更新周期交替工作。该模式充分发挥相控阵天线波束捷变的优势，实现灵活的相控阵雷达波束调度，但搜索和跟踪的穿插策略将耗费更多的雷达计算资源，且需要跟踪的目标越多调度和处理的复杂度越大。
[0004]用于火控的相控阵雷达首先需要在战场环境中搜索到目标，然后根据目标特性和威胁等级对重点目标进行跟踪，并在跟踪的过程中逐步提高对目标的跟踪精度，最终实现对重点目标实现高稳高精度跟踪以指引武器系统。这就使得相控雷达需要兼顾搜索和跟踪两方面的特性。通过TWS和TAS结合的目标指示方法，能有效实现雷达对搜索和跟踪两方面需求的兼顾，并控制系统调度的复杂度，提高系统的实时性能。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题
[0006]用于火控的相控阵雷达需要兼顾搜索的全面性和跟踪的稳定性。而TWS虽然能实现对探测区域的稳定覆盖，但对强机动目标容易造成跟踪精度降低和目标丢失；TAS通过在扫描波束中穿插跟踪波速虽然能提高对机动目标的跟踪精度和跟踪稳定性，但当存在大量跟踪目标时，波束调度将变得过于复杂从而加大系统实时处理的压力。
[0007]为使相控阵雷达兼顾搜索的全面性和跟踪的稳定性，本专利技术提供一种通用的雷达TWS与TAS结合目标指示方法。
[0008]技术方案
[0009]一种通用的雷达TWS与TAS结合目标指示方法，其特征在于包括波束调度策略和目标跟踪算法两个方面，步骤如下：
[0010]步骤1：将雷达TWS更新周期T
F
划分为T
TWS
和T
TAS
时隙段，其中T
TWS
用于TWS的扫描，T
TAS
用于TAS波束跟踪；T
TWS
和T
TAS
时隙彼此交替出现，T
TWS
在前T
TAS
在后；
[0011]T
F
＝T
TWS
+T
TAS
[0012]R
W_A
＝T
TWS
/T
TAS
；
[0013]步骤2：在T
TWS
时隙内对雷达探测区域进行扫描，在探测区域内根据探测目标特性选择n个目标进行T
TAS
跟踪；其中n≤N，N为系统精确跟踪最大目标数；
[0014]步骤3：对于T
TAS
跟踪的n个目标根据卡尔曼滤波状态估计误差的协方差矩阵来确定每个目标跟踪误差判断值ε
n
，并依此确定需要在T
TAS
时隙内添加的跟踪波束个数n
m
；在T
F
时段内等间隔的穿插机动目标跟踪波束指向预测目标出现的空域，所穿插波束占用原TAS时隙的空闲时隙，而TWS时隙长度保持不变，因此R
W_A
维持不变；
[0015]步骤4：重复步骤2～步骤3，根据目标运动和雷达跟踪状态更新T
TAS
跟踪目标个数n，各跟踪目标的跟踪波束个数n
m
，对机动目标进行灵活波束调度跟踪。
[0016]本专利技术进一步的技术方案：步骤3所述的卡尔曼滤波状态估计误差的协方差矩阵具体如下：
[0017]①
计算状态预测向量
[0018]X
k/k
‑1＝Φ
k/k
‑1X
k
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.2)
[0019]其中，Φ
k/k
‑1为一步状态转移矩阵，X
k
‑1为目标前次状态；
[0020]②
计算状态预测误差的协方差矩阵
[0021]P
k/k
‑1＝Φ
k/k
‑1P
k
‑1Φ
k/k
‑
1T
+Q
k
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.3)
[0022]其中，P
k
‑1为前次状态误差协方差矩阵，Q
k
‑1为过程噪声协方差矩阵；
[0023]③
计算卡尔曼增益矩阵
[0024]K
k
＝P
k/k
‑1H
kT
(H
k
P
k/k
‑1H
kT
+R
k
)
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.4)
[0025]其中，H
k
为观测矩阵，R
k
为测量噪声协方差矩阵；
[0026]④
计算状态估计误差协方差矩阵
[0027]P
k
＝(I
‑
K
k
H
k
)P
k/k
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.4)
[0028]其中，I为单位矩阵；
[0029]⑤
计算目标跟踪误差判断值
[0030]E
k
＝VP
k
V
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.5)
[0031]其中，V为误差提取权重向量，根据E
k
的取值可以判断目标突发机动的剧烈程度，从而在TAS时隙设计针对机动目标的跟踪波束，并将TAS时隙穿插到TWS时隙中从而缩短机动目标的探测周期。
[0032]本专利技术进一步的技术方案：步骤3中根据卡尔曼滤波状态估计误差的协方差矩阵来确定目标跟踪误差判断值具体为：协方差矩阵的二范数为目标跟踪误差判断值δ
m
。
[0033]本专利技术进一步的技术方案：步骤3中并依此确定需要在T
TAS
时隙内添加的跟踪波束个数n
m
波束指向位置n
p
具体为：设置m个误差判断等级门限δ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通用的雷达TWS与TAS结合目标指示方法，其特征在于包括波束调度策略和目标跟踪算法两个方面，步骤如下：步骤1：将雷达TWS更新周期T
F
划分为T
TWS
和T
TAS
时隙段，其中T
TWS
用于TWS的扫描，T
TAS
用于TAS波束跟踪；T
TWS
和T
TAS
时隙彼此交替出现，T
TWS
在前T
TAS
在后；T
F
＝T
TWS
+T
TAS
R
W_A
＝T
TWS/
T
TAS
；步骤2：在T
TWS
时隙内对雷达探测区域进行扫描，在探测区域内根据探测目标特性选择n个目标进行T
TAS
跟踪；其中n≤N，N为系统精确跟踪最大目标数；步骤3：对于T
TAS
跟踪的n个目标根据卡尔曼滤波状态估计误差的协方差矩阵来确定每个目标跟踪误差判断值ε
n
，并依此确定需要在T
TAS
时隙内添加的跟踪波束个数n
m
；在T
F
时段内等间隔的穿插机动目标跟踪波束指向预测目标出现的空域，所穿插波束占用原TAS时隙的空闲时隙，而TWS时隙长度保持不变，因此R
W_A
维持不变；步骤4：重复步骤2～步骤3，根据目标运动和雷达跟踪状态更新T
TAS
跟踪目标个数n，各跟踪目标的跟踪波束个数n
m
，对机动目标进行灵活波束调度跟踪。2.根据权利要求1所述的一种通用的雷达TWS与TAS结合目标指示方法，其特征在于：步骤3所述的卡尔曼滤波状态估计误差的协方差矩阵具体如下：
①
计算状态预测向量X
k/k
‑1＝Φ
k/k
‑1X
k
‑1ꢀꢀꢀꢀ
(1.2)其中，Φ
k/k
‑1为一步状态转移矩阵，Xk
‑
1为目标前次状态；
②
计算状态预测误差的协方差矩阵P
k/k
‑1＝Φ
k/k
‑1P
k
‑1Φ
k/k
‑
1T
+Q
k
‑1ꢀꢀꢀꢀ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐尧，徐玮，董锦，王伟，张明，
申请(专利权)人：西安电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：