CN102879774B - 高频地波超视距雷达短航迹合成方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短航迹合成方法和装置，其中，该方法包括：在多个短航迹中确定真短航迹，并将真航迹之外的其他短航迹剔除，其中，真短航迹满足以下条件中的至少之一：该短航迹由于目标机动或环境变化而形成，而且该短航迹中的点迹在时间上均匀分布且该短航迹在航向上为平滑摆动；对真短航迹进行外推，并根据预定合成准则确定真短航迹外推后得到的航迹与其他新形成的短航迹是否关联；在确定结果为是的情况下，对真短航迹、外推后得到的航迹与新形成的短航迹进行合成。本发明能够将多个航迹中的假航迹(不可信的航迹)剔除，使得后续的合成能够基于彼此关联真航迹进行，从而有效改进合成后的航迹的可信性，提高雷达跟踪性能。

Description

高频地波超视距雷达短航迹合成方法和装置

技术领域

本发明涉及雷达领域，并且特别地，涉及短航迹合成方法和装置。 

背景技术

高频地波超视距雷达利用高频波段垂直极化电磁波沿海洋表面的绕射传播原理，对海上舰船目标和飞行目标可实现几百公里的超视距探测。高频地波超视距雷达作为21世纪雷达，具有探测海上超视距舰船目标和飞行目标的能力和海态遥感能力。因此，发展高频地波超视距雷达具有重要的地位。 

通常，高频地波超视距雷达工作在频率较为拥挤的短波段，而且在实际系统中根据各种干扰情况需要实时更换工作频率。然而由于短波段目标的散射特性不像微波雷达处于光学区，而是处于瑞利区和谐振区，因此目标回波强度是高频地波超视距雷达工作频率的函数，同时工作频率还决定电磁波在海面的传播衰减特性。另一方面，电离层干扰是高频地波超视距雷达工作中十分严重的，时变的，经常出现的主要干扰之一。因此，通常认为高频地波超视距雷达性能和工作频率、海况、电磁环境(尤其是电离层干扰)和海风等因素有关，而且高频地波超视距雷达性能是时间的函数，即高频地波超视距雷达的性能随不同季节、不同时间(如白天和夜间)都不一样。这一问题从目标点迹序列角度看，高频地波超视距雷达点迹具有非均匀性、突变性、高度分散性等特征；从航迹维持角度看，航迹能否维持受外部电磁环境和海况影响很大。如工作频率的更换，影响目标回波强度和电磁波传播衰减，外部电离层强杂波干扰影响高频地波超视距雷达检测性能，海况以及风的大小和方向变化也引起高频地波超视距雷达传播衰减的损耗变化。这些因素最终导致实际系统中稳定航迹(指航迹长度较长的航迹)较少，而短航迹很多(其中，通常认为短航迹是指长度在几个点到几十个 点的航迹，雷达转一圈计一个点，周期长度为一分钟左右)，尤其是在远端的航迹中短航迹更多。即，一条航迹往往分成好几段短航迹。因此，要想获得稳定的航迹，要求高频地波超视距雷达在较长的时间内外部环境稳定(尤其是电离层杂波较弱)，所工作的频段干扰较弱(指不受干扰的频段较多，工作频率选择范围大)，但这种环境是属于较理想的状态并且是难以得到的，尤其是夜间电离层干扰非常活跃的情况下，因此可靠性航迹的出现较多是高频地波超视距雷达的一个特殊问题。对于其他类型的雷达，同样会因为各种因素而导致较多数量的航迹出现的问题，由于这些航迹中有的并不准确，因此会影响最终的检测结果。 

目前，对于如何在众多的航迹(尤其是长度较短的短航迹)中识别真假航迹，并对真航迹进行航迹合成，目前尚未提出有效的解决方案，因此，无法得到稳定、完整的航迹，导致雷达跟踪性能下降等问题。 

发明内容

针对相关技术中无法有效进行真假航迹的识别导致雷达短航迹多的问题，本发明提出一种航迹合成方法和装置，能够对真假航迹进行识别并进行关联性判断，最后合成稳定、完整的航迹，提高雷达跟踪性能。 

本发明的技术方案是这样实现的： 

根据本发明的一个方面，提供了一种短航迹合成方法。 

根据本发明实施例的短航迹合成方法包括：在多个短航迹中确定真短航迹，并将真航迹之外的其他短航迹剔除，其中，真短航迹满足以下条件中的至少之一：该短航迹由于目标机动或环境变化而形成，而且该短航迹中的点迹在时间上均匀分布且该短航迹在航向上为平滑摆动；对真短航迹进行外推，并根据预定合成准则确定真短航迹外推后得到的航迹与其他新形成的短航迹是否关联；在确定结果为是的情况下，对真短航迹、外推后得到的航迹与新形成的短航迹进行合成。 

其中，根据以下方式中的至少之一来确定航迹是否由于目标机动或环境变化而形成：若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且加速度变化存在规律，则T_ci为真短航迹；若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且外部环境出现突变，则T_ci 为真短航迹；若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且加速度变化无规律，则T_ci为需要剔除的短航迹；若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且外部环境无突变，则T_ci为需要剔除的短航迹；若第i个短航迹T_ci的速度无单调变化，则T_ci为需要剔除的短航迹；其中，速度单调变化指：当目标面向雷达站运动，则目标径向速度有V_K＞V_K-1；当目标背离雷达站运动，则目标径向速度有V_K＞V_K-1或|V_K|＞|V_K-1|；加速度变化有规律指：通过加速度变化信息的特征，确定是否因目标机动而形成的短航迹；外部环境突变指：因外部环境突变引起连续多个周期无检测点迹。 

此外，可根据以下方式判断短航迹中的点迹在时间上是否均匀分布：在短航迹的点迹满足以下公式的情况下，确定该短航迹的点迹在时间上均匀分布，并且确定该短航迹为真短航迹：ΔR_i，i-1≤ΔR^*，i＝2，3，…，N，其中，航迹的点迹个数为N，第i个周期的航迹距离为R_i，相邻周期距离误差表示为ΔR_i，i-1＝R_i-R_i-1，其中，门限值ΔR^*根据误差序列的均值 

确定。 

具体地，预定合成准则包括以下准则： 

时间关联准则：如果两个航迹中的第一短航迹外推得到的航迹到达两个航迹中的第二短航迹的起始区域的末端时间 

与第二短航迹起始时间 的时间差 

满足以下条件，则确定第一短航迹和第二短航迹之间存在关联： 

其中， 

是时间同步准则门限值，门限值根据第一短航迹的末端条件和盲区长度确定； 

空间关联准则：如果第一短航迹外推得到的航迹的到达位置与第二短航迹起始位置参数在空间上满足以下条件，则确定第一短航迹和第二短航迹之间存在关联：ΔR≤ΔR^*，并且Δθ≤Δθ^*，其中，ΔR是第一短航迹和第二短航迹之间的距离差，Δθ是第一短航迹和第二短航迹之间的方位差，ΔR^*为预定的距离差门限值，Δθ^*为预定的方位差门限值；以及 

短航迹属性关联准则：如果第一短航迹外推得到的航迹的航向、航速与第二短航迹的航向、航速满足以下条件，则确定第一短航迹和第二短航迹之间存在关联：|V^A-V^B|≤ΔV^*而且|C^A-C^B|≤ΔC^*，其中，V^A为第一短航迹外推得到的 航迹的航速，C^A为第二短航迹外推得到的航迹的航向，V^B为第二短航迹的航速，C^B为第二短航迹的航向，ΔV^*为预定的航速门限值，ΔC^*为预定的航向门限值。 

其中，在预定合成准则中的任一准则的条件不能满足的情况下，禁止进行合成。 

此外，在对真短航迹进行外推时，根据该真短航迹的末端的状态以及该真短航迹变化的可能性得到该真短航迹的多个外推后得到的航迹，并根据预定合成准则分别确定多个外推后得到的航迹与新形成的短航迹是否关联，该真短航迹的末端的状态包括以下参数：该真短航迹的距离、方位、航向、速度、加速度。 

此外，在相邻的两个真短航迹之间相隔多个周期的情况下，则在对真短航迹进行合成时，将两个真短航迹进行外推以使两个航迹对接，其中，将两个航迹中的第一短航迹向第二短航迹外推X个周期，将第二短航迹向第一短航迹外推Y个周期，X+Y＝N，且X和Y均属于区间[0，N]，N为第一短航迹与第二短航迹相隔的周期数量。 

根据本发明的另一方面，提供了一种短航迹合成装置。 

根据本发明实施例的短航迹合成装置包括：真短航迹确定模块，用于在多个短航迹中确定真短航迹，并将真短航迹之外的其他短航迹剔除，其中，真短航迹满足以下条件：该短航迹由于目标机动或环境变化而形成，而且该短航迹中的点迹在时间上均匀分布且该短航迹在航向上为平滑摆动；联合关联处理模块，用于对真短航迹进行外推，并根据预定准则确定真短航迹外推后得到的航迹、与其他新形成的短航迹是否关联；合成模块，用于在联合关联处理模块的确定结果为是的情况下，对真短航迹、外推后得到的航迹与新形成的短航迹进行合成。 

其中，真短航迹确定模块用于根据以下方式中的至少之一来确定航迹是否由于目标机动或环境变化而形成：若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且加速度变化存在规律，则T_ci为真短航迹；若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且外部环境出现突变，则T_ci为真短航迹；若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且加速度变化无规律，则T_ci为需要剔除的短航迹；若第i个短航迹T_ci的速度单调变 化而且外部环境无突变，则T_ci为需要剔除的短航迹；若第i个短航迹T_ci的速度无单调变化，则T_ci为需要剔除的短航迹；其中，速度单调变化指：当目标面向雷达站运动，则目标径向速度有V_K＞V_K-1；当目标背离雷达站运动，则目标径向速度有V_K＞V_K-1或|V_K|＞|V_K-1|；加速度变化有规律指：通过加速度变化信息的特征，确定是否因目标机动而形成的短航迹；外部环境突变指：因外部环境突变引起连续多个周期无检测点迹。 

此外，真短航迹确定模块用于根据以下方式判断短航迹中的点迹在时间上是否均匀分布：在短航迹的点迹满足以下公式的情况下，确定该短航迹的点迹在时间上均匀分布，并且确定该航迹为真短航迹：ΔR_i，i-1≤ΔR，i＝2，3，…，N，其中，航迹的点迹个数为N，第i个周期短航迹距离为R_i，相邻周期距离误差表示为ΔR_i，i-1＝R_i-R_i-1，其中，门限值ΔR^*根据误差序列的均值 

确定。 

本发明通过根据目标机动和环境变化、以及该航迹的时间和空间分布来确定真短航迹，进而将其他航迹剔除，之后再对真短航迹进行多假设外推，并判断外推后的航迹与其他新形成的短航迹是否关联，在判断关联的情况下，对之前确定的真航迹进行合并，从而能够将多个航迹中的假航迹(不可信的航迹)剔除，使得后续的合成能够基于彼此关联真航迹进行，从而有效改进合成后的航迹的可信性，提高雷达跟踪性能。 

附图说明

图1是根据本发明实施例的航迹合成方法的简要处理流程图； 

图2是根据本发明实施例的航迹合成方法的基本原理示意图； 

图3是根据本发明实施例的航迹合成方法中短航迹合成联合准则的原理图； 

图4是根据本发明实施例的航迹合成方法中短航迹多假设外推原理图； 

图5是根据本发明实施例的航迹合成方法在盲区较大时短航迹前后向外推拟合的示意图； 

图6是根据本发明实施例的航迹合成方法的处理实例的流程图； 

图7是根据本发明实施例的航迹合成装置框图。 

具体实施方式

本发明能够根据目标机动和环境变化、或者该航迹的时间和空间分布来确定真短航迹，进而将其他航迹剔除，之后再对航迹进行假设性的外推，并判断外推后的航迹与其他新形成的短航迹之间是否存在关联，在判断关联的情况下，对之前确定的真航迹进行合并，从而能够将多个航迹(可以是较短的航迹，也可以是较长的航迹)中的假航迹(不可信的航迹)剔除，使得后续的合成(既可以是短航迹与短航迹的合成，也可以是长航迹与短航迹的合成、长航迹与长航迹的合成)能够基于彼此关联真航迹进行，从而有效改进了合成后的航迹的可信性，能够形成稳定的航迹，提高稳定航迹的概率，提高了雷达的跟踪性能。 

本发明基本原理是首先在众多的短航迹集合中，识别真假短航迹，剔除虚假短航迹，并根据短航迹合成联合准则判断要不要合成，若属于来自同一原航迹的短航迹(即关联)，则通过外推方法进行航迹合成，最终形成稳定的全局航迹。本发明不同于网络中心战为研究背景提出的航迹合成概念，在解决真假短航迹识别基础上，要解决在盲区(即航迹不连续)内的航迹处理问题。就观测空间概念来讲，本发明的短航迹合成可以在系统不可观测空间(指系统观测为空集)上的信息处理；而从航迹处理角度来讲，本发明通过短航迹合成形成稳定航迹，能够有效适用于不连续航迹处理和盲航迹处理。 

本领域内，雷达很可能检测到的长度较短的航迹，而导致这种航迹出现的原因包括环境、干扰等多种因素，本领域内通常将这种航迹称为短航迹，而对于如何界定长航迹和短航迹是本领域技术人员所知晓的，本文不再对区分航迹长短的方式进行描述。 

下面将结合附图详细描述本发明的实施例。 

图1是根据本发明实施例的航迹合成方法的流程图。 

如图1所示，根据本发明实施例的航迹合成方法包括： 

步骤S101，在多个短航迹中确定真短航迹，并将真航迹之外的其他短航迹剔除，其中，真短航迹满足以下条件中的至少之一：该短航迹由于目 标机动或环境变化而形成，而且该短航迹中的点迹在时间上均匀分布且该短航迹在航向上为平滑摆动(此处，目标机动和环境变化这两个条件可以单独使用，也可以组合使用，组合使用时两个条件的判断顺序不限)； 

步骤S103，对真短航迹进行外推，并根据预定合成准则确定真短航迹外推后得到的航迹与其他新形成的短航迹是否关联； 

步骤S105，在确定结果为是的情况下，对真短航迹、外推后得到的航迹与新形成的短航迹进行合成。 

根据以下方式中的至少之一来确定航迹是否由于目标机动或环境变化而形成： 

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且加速度变化存在规律，则T_ci为真短航迹； 

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且外部环境出现突变，则T_ci为真短航迹； 

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且加速度变化无规律，则T_ci为需要剔除的短航迹； 

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且外部环境无突变，则T_ci为需要剔除的短航迹； 

若第i个短航迹T_ci的速度无单调变化，则T_ci为需要剔除的短航迹； 

其中，速度单调变化指：当目标面向雷达站运动，则目标径向速度有V_K＞V_K-1；当目标背离雷达站运动，则目标径向速度有V_K＞V_K-1或|V_K|＞|V_K-1|；加速度变化有规律指：通过加速度变化信息的特征，确定是否因目标机动而形成的短航迹；外部环境突变指：因外部环境突变引起连续多个周期无检测点迹。 

另一方面，可以根据以下方式判断短航迹中的点迹在时间上是否均匀分布： 

在短航迹的点迹满足以下公式的情况下，确定该短航迹的点迹在时间上均匀分布，并且确定该短航迹为真短航迹： 

ΔR_i，i-1≤ΔR^*，i＝2，3，…，N，其中，航迹的点迹个数为N，第i个周期的航迹距离为R_i，相邻周期距离误差表示为ΔR_i，i-1＝R_i-R_i-1，其中，门限值ΔR^*根 据误差序列的均值 

确定。 

此外，上述预定准则包括以下三个关联条件： 

时间关联准则：如果两个航迹中的第一短航迹外推得到的航迹到达两个航迹中的第二短航迹的起始区域的末端时间 

与第二短航迹起始时间 

的时间差 

满足以下条件，则确定第一短航迹和第二短航迹之间存在关联： 

其中， 

是时间同步准则门限值，门限值根据第一短航迹的末端条件和盲区长度确定； 

空间关联准则：如果第一短航迹外推得到的航迹的到达位置与第二短航迹起始位置参数在空间上满足以下条件，则确定第一短航迹和第二短航迹之间存在关联：ΔR≤ΔR^*，并且Δθ≤Δθ^*，其中，ΔR是第一短航迹和第二短航迹之间的距离差，Δθ是第一短航迹和第二短航迹之间的方位差，ΔR^*为预定的距离差门限值，Δθ^*为预定的方位差门限值；以及 

短航迹属性关联准则：如果第一短航迹外推得到的航迹的航向、航速与第二短航迹的航向、航速满足以下条件，则确定第一短航迹和第二短航迹之间存在关联：|V^A-V^B|≤ΔV^*而且|C^A-C^B|≤ΔC^*，其中，V^A为第一短航迹外推得到的航迹的航速，C^A为第二短航迹外推得到的航迹的航向，V^B为第二短航迹的航速，C^B为第二短航迹的航向，ΔV^*为预定的航速门限值，ΔC^*为预定的航向门限值。 

如果外推得到的航迹的到达位置与起始位置参数在空间上满足以下条件，则确定和之间存在关联：ΔR≤ΔR^*，并且Δθ≤Δθ^*，其中，ΔR是和之间的距离差，Δθ是和之间的方位差，ΔR^*为预定的距离差门限值，Δθ^*为预定的方位差门限值； 

如果外推得到的航迹的航向、航速与的航向、航速满足以下条件，则确定和之间存在关联：|V^A-V^B|≤ΔV^*而且|C^A-C^B|≤ΔC^*，其中，V^A为外推得到的航迹的航速，C^A为外推得到的航迹的航向，V^B为的航速，C^B为的航向，ΔV^*为预定的航速门限值，ΔC^*为预定的航向门限值。 

在采用多个上述准则的组合进行判断时，在预定合成准则中的任一准则的条件不能满足的情况下，禁止进行合成。 

其中，在对真航迹进行外推时，根据该真短航迹的末端的状态以及该真航迹变化的可能性得到该真短航迹的多个外推后得到的航迹，并根据预定合成准则分别确定多个外推后得到的航迹与新形成的短航迹是否关联，该真短航迹的末端的状态包括以下参数：该真短航迹的距离、方位、航向、速度、加速度或其组合。 

其中，在对一个真短航迹进行外推时，外推长度为该航迹的末端时间与另一航迹的起始时间之差。由于该航迹的加速度 

是估值，而且在外推期间可变的，因此本实施例可以将该航迹外推期间的加速度看作是以 

为中心可变的变量，即依据原有航迹末端状态估计，假设几种可能的终端条件(主要是机动加速度)来进行外推，从而解决在外推期间加速度的不确定性问题，有助于进一步提高短航迹合成准确度。 

此外，在相邻的两个真短航迹之间相隔多个周期的情况下，则在对真短航迹进行合成时，将两个真短航迹进行外推以使两个航迹对接，其中，将两个航迹中的第一短航迹向第二短航迹外推X个周期，将第二短航迹向第一短航迹外推Y个周期，X+Y＝N，且X和Y均属于区间[0，N]，N为第一短航迹与第二短航迹相隔的周期数量。 

下面，同样以短航迹为例，描述本发明进行航迹合成的方案，应当注意，下文中的短航迹仅仅是一个实例，对于较长的航迹，同样可以采用类似的方式进行识别和合成。 

图2示出了本发明对于短航迹进行识别和合成的基本原理。对于短航迹，本实施例的处理主要由真假短航迹识别、短航迹合成联合准则(由于在根据联合准则进行判断时，需要根据时间、空间和属性等特性进行判断，因此，该部分也可以称为时空属性联合准则)、航迹拟合等三大部分组成，在真假短航迹识别后可以进行短航迹的外推，之后再进行时空属性联合准则的判断。其中，真假短航迹识别把短航迹集合分为需要外推的短航迹(即真航迹)和需要剔除的虚假短航迹两大类。短航迹合成联合准则主要寻找需要航迹合成的短航迹对，主要由假设数目的确定、航迹的外推以及短航迹合成(时空+属性)联合准则等三部分组成。其中前二项多假设航迹外推是根据原有短航迹末端条件(指短航迹终止时刻的状态)多假设的状态值作为初值航迹外推。短航迹合成(时空 +属性)联合准则是一种综合决策准则，它从航迹时空特征和属性(主要指航迹的航向、航速等信息)两方面进行是否要合成的判决。航迹拟合模块是对判定为合成的航迹盲区进行航迹外推拟合，最终通过合成(接力跟踪)形成稳定航迹。 

上述的真假短航迹识别，完成短航迹的真假分类。即把短航迹集合分为需要外推的短航迹和需要剔除的虚假短航迹两大类。真假短航迹识别准则由属性识别和时空分布特征识别两部分组成。属性识别首先通过短航迹的属性识别，把因目标机动而产生的短航迹和因外部环境的变化而形成的短航迹归为真航迹。前者指跟踪关联处理因目标机动没有找到关联点而产生的短航迹，而后者指因外部杂波干扰淹没目标无检测点迹而产生的短航迹。它们均属于真短航迹。 

真假短航迹识别准则如下： 

1)若第i个短航迹T_ci速度单调变化而且加速度变化有规律，则T_ci为真短航迹 

2)若第i个短航迹T_ci速度单调变化而且外部环境突变，则T_ci为真短航迹 

3)若第i个短航迹T_ci速度单调变化而且加速度变化无规律，则T_ci为虚假短航迹 

4)若第i个短航迹T_ci速度单调变化而且外部环境无突变，则T_ci为虚假短航迹 

5)若第i个短航迹T_ci速度无单调变化，则T_ci为虚假短航迹 

上述属性识别准则中，速度单调变化指：当目标面向雷达站运动(即R_K＞R_K-1)，则目标径向速度有V_K＞V_K-1；当目标背离雷达站运动(R_K＞R_K-1)，则目标径向速度有V_K＞V_K-1或|V_K|＞|V_K-1|；加速度变化有规律指：通过加速度变化信息的特征，是否因目标机动而形成短航迹；外部环境突变指：因外部电磁环境突变引起连续几个周期无检测而形成的短航迹。为实现这一准则，在航迹起始开始，要计算目标的速度变化单调性，目标机动特性估计，计算检测背景噪底的大小变化等。在上述准则中，对于目标机动特性的判别主要依据目标散射面积RCS变化来进行的。若目标RCS突然变小而且目标多普勒普图突然展宽，则认为目标处于机动状态。在上述准则中，外部环境突变是通过检测背景的突 变来提取的。若检测背景噪底越来越大或突变(如雷电、电离层等冲击干扰)，说明短航迹是由于外部干扰而产生的。但是随着外部电磁环境的改善，雷达系统可能重新形成航迹。即，被丢失的航迹又形成。 

时空分布特征识别是依据短航迹的点迹时空分布特征进行真假短航迹的分类。这里时空分布特征指短航迹的点迹在时间和航向上的分布特征。虚假的短航迹的点迹通常在时间上(实际上每一周期目标运动距离)非均匀分布的，甚至是非单调分布，即短航迹点迹在距离维或方位维上不单调变化。但是真短航迹的点迹在该航向上是按采样时间顺序具有较均匀的分布。这就是真假短航迹识别的时间分布特性。 

设短航迹的点迹个数为N，第i个周期短航迹距离为R_i，前后周期距离误差表述为ΔR_i，i-1＝R_i-R_i-1。 

若满足ΔR_i，i-1≤ΔR^* i＝2，3，…，N    (1) 

则短航迹具有真短航迹的时间分布特征。 

其中，门限值ΔR^*可参考误差序列的均值 

给定。 

若ΔR_i，i-1序列变符号，说明该序列是非单调的，即距离变化并不是同号的，这时作为虚假段航迹处理。 

另一方面，真假短航迹在空间上，即短航迹的点迹在航向上的摆动情况完全不同。即真短航迹在确定的航向上具有较好的平滑性(满足空间分布线性度)，而虚假短航迹通常在航向上的左右大摆动。即、短航迹具有凸显的“锯齿”形状。因此，本发明依据短航迹点迹计算该短航迹的线性度来进行短航迹在空间上的识别。 

总之，本发明的真假短航迹识别是通过高频地波超视距雷达短航迹点迹在属性和时空分布特征来综合进行的。 

的短航迹合成(时空+属性)联合准则，是一种多假设联合判决准则，图3示出了该准则处理过程。其中，在综合决策处理时，如果同时满足上述三个准则时，才进行航迹合成，如果不同时满足三个准则，则不进行航迹合成。 

本准则包括如下三个方面准则： 

一是时间同步准则。对于需要合成的两个短航迹来讲，时间上是同步的，即原有的短航迹A外推航迹到达新形成的短航迹B起始区域的末端时间 

和 B短航迹起始时间 

在理论上是同步的。因此，若两个短航迹时间差 

满足下面准则，则认为短航迹A和B满足时间同步准则。即 

$|T_T^A-T_0^B|\≤\mathrm{\Δ}{T}_{T0}^{*}---\left(2\right)$

其中， 

是时间同步准则门限值，可根据航迹A末端条件和盲区长度来给定。 

二是空间关联准则。短航迹A外推航迹到达位置与短航迹B起始位置参数在空间上满足给定的波门。对于高频地波超视距雷达来讲，若满足下面准则，则认为短航迹A和B满足空间关联准则。 

若ΔR≤ΔR^*而且Δθ≤Δθ^*，则短航迹A和B满足空间关联(3) 

其中，ΔR和Δθ分别是短航迹A和B之间距离与方位差；ΔR^*和Δθ^*为给定的门限值，可根据跟踪系统关联处理门限值给定。 

三是短航迹属性识别准则。由原有的短航迹A外推形成的航迹和新形成的短航迹B的航向、航速基本保持一致，说明这两个航迹可能是属于同一个属性的航迹。设V^A，C^A分别为原有的短航迹A外推航迹航速、航向，V^B，C^B分别为新形成的短航迹B的航速、航向，若满足下面准则，则认为短航迹A和B属性识别准则。 

即，若|V^A-V^B|≤ΔV^*而且|C^A-C^B|≤ΔC^*，则短航迹A和B属性相同(4) 

其中，ΔV^*，ΔC^*分别为给定的速度和航向门限值。 

在进行外推时，可以基于多假设航迹外推准则。也就是说，上述准则均是在多假设条件下进行的。这是由于原有的短航迹A外推加速度是未知，即不确定的，因而很难用上述准则在众多的新形成短航迹中寻找要合成的短航迹B，因此，采用多假设外推方法能够实现更加全面和准确的估计。 

设原始短航迹A末端(终端)的状态估值为 

以及加速度 

则用上述末端条件外推短航迹A，外推长度为短航迹A末端时间和短航迹B起始时间之差。由于加速度 

是估值，而且在外推期间可变的，因此本发明把短航迹A外推期间的加速度看作是以 为中心可变的变量，即依据原有短航迹末端状态估计，假设几种可能的终端条件(主要是机动加速度)来进行外推，解决在外推期间加速度的不确定性问题。图4示出了多假设的基本原理。其中，原始短航迹A末端(终端)的状态估值为 

以及加速度 

基于这 些条件，可以得到外推1、外推2和外推3。根据实际情况，如短航迹出现概率、短航迹密度以及实时性要求等参数确定多假设的具体个数。 

由此可见，短航迹A和短航迹B若均满足上述四个准则，则判断短航迹A和短航迹B属于同一航迹，需要进行短航迹合成。 

的短航迹拟合(合成)是对于依据短航迹合成联合准则(上述四个准则)需要合成(连接、对接)的短航迹A和短航迹B之间的盲区部分(指航迹没有连续的部分)，用短航迹A和短航迹B的前后外推进行“拟合”的过程。一般盲区的长度是有限的，因而可用最小二乘曲线拟合方法拟合航迹。但若两条短航迹之间盲区较大时，采用前后向外推方法：短航迹A前向外推，短航迹B后向外推方法来实现航迹合成。图5示出了对航迹A和B进行前后向外推示意图。设盲区由N周期组成，则可以短航迹A前向外推长度取2N/3，而短航迹B后向外推长度取N/3，即前向外推为主，这是主要考虑短航迹B的初始段精度较差(一般来讲目标航迹的初始段精度有限)，根据不同的情况，短航迹A和B各自的外推量可以调整，本文不再一一列举。 

图6示出了对短航迹进行合成的详细处理过程。 

如图6所示，具体包括以下步骤： 

基于输入的短航迹，进行真假短航迹识别；其中，根据短航迹信息，提取因目标机动和强外部干扰产生的短航迹，并暂定为真短航迹，并转入下一步速度单调性判别，其他短航迹作为虚假短航迹处理。为此，具体地，需要提取短航迹加速度信息，并根据加速度信息判断该短航迹是否由于目标机动而产生的短航迹。同时，根据短航迹每一个周期检测背景噪底的变化，确定该短航迹是否因外部噪声突变而产生的短航迹。 

对暂定为真短航迹的航迹，进行速度单调性检验，若短航迹的径向速度具有单调性，则转入下一步骤，即，确定外推航迹的假设数目，否则将该航迹作为虚假短航迹处理。 

在确定外推航迹的假设数目时，根据短航迹A的末端(终端)状态估值 

以及加速度 

(可以将上述条件成为终端条件)，确定多假设数目。若加速度 

较小(可看作是因短航迹估计误差产生的虚假的加速度，并不是真实的加速度)，则认为短航迹A是匀速目标的航迹。这时，考虑到外推期间的 目标机动，多假设数目可定为2～3个。反之，若加速度 

较大，则认为短航迹A是机动目标的航迹。这时，多假设数目可定为3～5个，分别取原来的估值 大于 

小于 

等不同的加速度。 

依据之前确定的多假设数目和假设的初值，外推短航迹，获得和假设数目相同的外推航迹。 

用短航迹合成联合准则确定需要合成的短航迹，具体地，给定时间同步门限 空间关联门限ΔR^*和Δθ^*、短航迹属性识别航速、航向门限ΔV^*，ΔC^*。其中空间关联区域大小相当于外推航迹误差圆，是以外推点为圆心，半径为ΔR^*和Δθ^*的扇形圆。 

计算由上面步骤(1)确定的短航迹A外推值与短航迹B起始之间的ΔT_T0、ΔR、Δθ、ΔV、ΔC。 

进行短航迹合成联合准则判决。若满足合成联合准则，则确定需要进行合成，否则不进行合成。在进行短航迹合成联合准则判决时，可以首先确定短航迹是否满足时间均匀分布、是否满足空间分布线性度，如果任意一个条件不能满足，则不进行合成。 

在确定需要进行短航迹合成时，若盲区较小，则用原有短航迹的前向外推方法进行合成，反之，盲区较大，则用前后向外推算法进行两个短航迹的合成。 

本发明的处理方案不仅适应于短航迹的合成，也适应于短航迹与长航迹，长航迹与长航迹间的合成。并且，在上述具体实施过程中，原有短航迹A外推、新航迹起始以及联合准则可以是同时进行的。 

另外，可选地，在进行航迹合成时，可以对盲区的大小(即外推长度)设置要求(门限值)，例如，可以设置短航迹合成的盲区数量的区间在20～50个周期左右。若超过这个工作周期，则放弃航迹合成。因为合成区间越大短航迹合成错误概率越大。因此，限制外推长度(指合成长度)是降低合成错误概率的有效措施。 

根据本发明的实施例，还提供了一种航迹合成装置。 

如图7所示，根据本发明实施例的航迹合成装置包括： 

真短航迹确定模块71，用于在多个短航迹中确定真短航迹，并将真短航迹之外的其他短航迹剔除，其中，真短航迹满足以下条件：该短航迹由 于目标机动或环境变化而形成，而且该短航迹中的点迹在时间上均匀分布且该短航迹在航向上为平滑摆动； 

联合关联处理模块72，可以连接至真短航迹确定模块71，用于对真短航迹进行外推，并根据预定准则确定真短航迹外推后得到的航迹、与其他新形成的短航迹是否关联； 

合成模块73，可以连接至联合关联处理模块72，用于在联合关联处理模块的确定结果为是的情况下，对真短航迹、外推后得到的航迹与新形成的短航迹进行合成。 

其中，真短航迹确定模块用于根据以下方式中的至少之一来确定航迹是否由于目标机动或环境变化而形成： 

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且加速度变化存在规律，则T_ci为真短航迹； 

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且外部环境出现突变，则T_ci为真短航迹； 

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且加速度变化无规律，则T_ci为需要剔除的短航迹； 

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且外部环境无突变，则T_ci为需要剔除的短航迹； 

若第i个短航迹T_ci的速度无单调变化，则T_ci为需要剔除的短航迹； 

其中，速度单调变化指：当目标面向雷达站运动，则目标径向速度有V_K＞V_K-1；当目标背离雷达站运动，则目标径向速度有V_K＞V_K-1或|V_K|＞|V_K-1|；加速度变化有规律指：通过加速度变化信息的特征，确定是否因目标机动而形成的短航迹；外部环境突变指：因外部环境突变引起连续多个周期无检测点迹。 

此外，真短航迹确定模块用于根据以下方式判断短航迹中的点迹在时间上是否均匀分布： 

在短航迹的点迹满足以下公式的情况下，确定该短航迹的点迹在时间上均匀分布，并且确定该航迹为真短航迹： 

ΔR_i，i-1≤ΔR^*，i＝2，3，…，N，其中，航迹的点迹个数为N，第i个周期短航 迹距离为R_i，相邻周期距离误差表示为ΔR_i，i-1＝R_i-R_i-1，其中，门限值ΔR^*根据误差序列的均值 确定。 

此外，联合关联处理模块同样可以根据图3中所示的三个准则进行联合判断，合成模块也可以采用之前所示的前后外推的方式进行航迹合成，其过程之前已经进行了描述，这里不再重复。 

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过根据目标机动和环境变化、或者该航迹的时间和空间分布来确定真航迹，进而将其他航迹剔除，之后再对航迹进行假设性的外推，并判断外推后的航迹与其他航迹之间是否存在关联，在判断关联的情况下，对之前确定的真航迹进行合并，从而能够将多个航迹中的假航迹(不可信的航迹)剔除，使得后续的合成能够基于彼此关联真航迹进行，从而有效改进了合成后的航迹的可信性，提高了雷达的跟踪性能。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种短航迹合成方法，其特征在于，包括：

在多个短航迹中确定真短航迹，并将所述真短航迹之外的其他短航迹剔除，其中，所述真短航迹满足以下条件中的至少之一：该短航迹由于目标机动或环境变化而形成，而且该短航迹中的点迹在时间上均匀分布且该短航迹在航向上为平滑摆动；

对所述真短航迹进行外推，并根据预定合成准则确定所述真短航迹外推后得到的航迹与其他新形成的短航迹是否关联；

在确定结果为是的情况下，对所述真短航迹、外推后得到的航迹与所述新形成的短航迹进行合成；

其中，所述预定合成准则包括以下准则：

时间关联准则：如果两个航迹中的第一短航迹外推得到的航迹到达所述两个航迹中的第二短航迹的起始区域的末端时间

与第二短航迹起始时间

的时间差满足以下条件，则确定所述第一短航迹和第二短航迹之间存在关联：

其中，是时间同步准则门限值，所述门限值根据所述第一短航迹的末端条件和盲区长度确定；

空间关联准则：如果所述第一短航迹外推得到的航迹的到达位置与所述第二短航迹起始位置参数在空间上满足以下条件，则确定所述第一短航迹和第二短航迹之间存在关联：ΔR≤ΔR^*，并且Δθ≤Δθ^*，其中，ΔR是所述第一短航迹和所述第二短航迹之间的距离差，Δθ是所述第一短航迹和所述第二短航迹之间的方位差，ΔR^*为预定的距离差门限值，Δθ^*为预定的方位差门限值；以及

短航迹属性关联准则：如果所述第一短航迹外推得到的航迹的航向、航速与所述第二短航迹的航向、航速满足以下条件，则确定所述第一短航迹和第二短航迹之间存在关联：|V^A-V^B|≤ΔV^*而且|C^A-C^B|≤ΔC^*，其中，V^A为所述第一短航迹外推得到的航迹的航速，C^A为所述第二短航迹外推得到的航迹的航向，V^B为所述第二短航迹的航速，C^B为所述第二短航迹的航向，ΔV^*为预定的航速门限值，ΔC^*为预定的航向门限值。

2.根据权利要求1所述的短航迹合成方法，其特征在于，根据以下方式中的至少之一来确定航迹是否由于目标机动或环境变化而形成：

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且加速度变化存在规律，则T_ci为真短航迹；

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且外部环境出现突变，则T_ci为真短航迹；

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且加速度变化无规律，则T_ci为需要剔除的短航迹；

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且外部环境无突变，则T_ci为需要剔除的短航迹；

若第i个短航迹T_ci的速度无单调变化，则T_ci为需要剔除的短航迹；

其中，速度单调变化指：当目标面向雷达站运动，则目标径向速度有V_K>V_K-1；当目标背离雷达站运动，则目标径向速度有V_K>V_K-1或|V_K|>|V_K-1|；加速度变化有规律指：通过加速度变化信息的特征，确定是否因目标机动而形成的短航迹；外部环境突变指：因外部环境突变引起连续多个周期无检测点迹。

3.根据权利要求1所述的短航迹合成方法，其特征在于，根据以下方式判断短航迹中的点迹在时间上是否均匀分布：

在短航迹的点迹满足以下公式的情况下，确定该短航迹的点迹在时间上均匀分布，并且确定该短航迹为真短航迹：

ΔR_i,i-1≤ΔR^*，i=2,3,…,N，其中，航迹的点迹个数为N，第i个周期的航迹距离为R_i，相邻周期距离误差表示为ΔR_i,i-1=R_i-R_i-1，其中，门限值ΔR^*根据误差序列的均值

确定。

4.根据权利要求1所述的短航迹合成方法，其特征在于，在所述预定合成准则中的任一准则的条件不能满足的情况下，禁止进行合成。

5.根据权利要求1所述的短航迹合成方法，其特征在于，在对真短航迹进行外推时，根据该真短航迹的末端的状态以及该真短航迹变化的可能性得到该真短航迹的多个外推后得到的航迹，并根据预定合成准则分别确定所述多个外推后得到的航迹与新形成的短航迹是否关联，该真短航迹的末端的状态包括以下参数：该真短航迹的距离、方位、航向、速度、加速度。

6.根据权利要求1所述的短航迹合成方法，其特征在于，在相邻的两个真短航迹之间相隔多个周期的情况下，则在对所述真短航迹进行合成时，将所述两个真短航迹进行外推以使所述两个航迹对接，其中，将两个航迹中的第一短航迹向第二短航迹外推X个周期，将所述第二短航迹向所述第一短航迹外推Y个周期，X+Y=N，且X和Y均属于区间[0，N]，N为所述第一短航迹与所述第二短航迹相隔的周期数量。

7.一种短航迹合成装置，其特征在于，包括：

真短航迹确定模块，用于在多个短航迹中确定真短航迹，并将所述真短航迹之外的其他短航迹剔除，其中，所述真短航迹满足以下条件：该短航迹由于目标机动或环境变化而形成，而且该短航迹中的点迹在时间上均匀分布且该短航迹在航向上为平滑摆动；

联合关联处理模块，用于对所述真短航迹进行外推，并根据预定合成准则确定所述真短航迹外推后得到的航迹、与其他新形成的短航迹是否关联；

合成模块，用于在所述联合关联处理模块的确定结果为是的情况下，对所述真短航迹、外推后得到的航迹与所述新形成的短航迹进行合成；

其中，所述预定合成准则包括以下准则：

时间关联准则：如果两个航迹中的第一短航迹外推得到的航迹到达所述两个航迹中的第二短航迹的起始区域的末端时间

与第二短航迹起始时间

的时间差

满足以下条件，则确定所述第一短航迹和第二短航迹之间存在关联：

其中，

是时间同步准则门限值，所述门限值根据所述第一短航迹的末端条件和盲区长度确定；

空间关联准则：如果所述第一短航迹外推得到的航迹的到达位置与所述第二短航迹起始位置参数在空间上满足以下条件，则确定所述第一短航迹和第二短航迹之间存在关联：ΔR≤ΔR^*，并且Δθ≤Δθ^*，其中，ΔR是所述第一短航迹和所述第二短航迹之间的距离差，Δθ是所述第一短航迹和所述第二短航迹之间的方位差，ΔR^*为预定的距离差门限值，Δθ^*为预定的方位差门限值；以及

短航迹属性关联准则：如果所述第一短航迹外推得到的航迹的航向、航速与所述第二短航迹的航向、航速满足以下条件，则确定所述第一短航迹和第二短航迹之间存在关联：|V^A-V^B|≤ΔV^*而且|C^A-C^B|≤ΔC^*，其中，V^A为所述第一短航迹外推得到的航迹的航速，C^A为所述第二短航迹外推得到的航迹的航向，V^B为所述第二短航迹的航速，C^B为所述第二短航迹的航向，ΔV^*为预定的航速门限值，ΔC^*为预定的航向门限值。

8.根据权利要求7所述的短航迹合成装置，其特征在于，所述真短航迹确定模块用于根据以下方式中的至少之一来确定航迹是否由于目标机动或环境变化而形成：

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且加速度变化存在规律，则T_ci为真短航迹；

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且外部环境出现突变，则T_ci为真短航迹；

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且加速度变化无规律，则T_ci为需要剔除的短航迹；

若第i个短航迹T_ci的速度单调变化而且外部环境无突变，则T_ci为需要剔除的短航迹；

若第i个短航迹T_ci的速度无单调变化，则T_ci为需要剔除的短航迹；

其中，速度单调变化指：当目标面向雷达站运动，则目标径向速度有V_K>V_K-1；当目标背离雷达站运动，则目标径向速度有V_K>V_K-1或|V_K|>|V_K-1|；加速度变化有规律指：通过加速度变化信息的特征，确定是否因目标机动而形成的短航迹；外部环境突变指：因外部环境突变引起连续多个周期无检测点迹。

9.根据权利要求7所述的短航迹合成装置，其特征在于，所述真短航迹确定模块用于根据以下方式判断短航迹中的点迹在时间上是否均匀分布：

在短航迹的点迹满足以下公式的情况下，确定该短航迹的点迹在时间上均匀分布，并且确定该航迹为真短航迹：

ΔR_i,i-1≤ΔR^*，i=2,3,…,N，其中，航迹的点迹个数为N，第i个周期短航迹距离为R_i，相邻周期距离误差表示为ΔR_i,i-1=R_i-R_i-1，其中，门限值ΔR^*根据误差序列的均值确定。

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