CN105445731A - 一种基于高精度测速的雷达全自动跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高精度测速的雷达全自动跟踪方法，利用大于1024阶MTD滤波器积累目标，确保速度分辨力和测速精度；利用CFAR技术完成恒虚警检测，过门限的目标输出，称为点迹；计算点迹的多普勒速度；根据点迹的多普勒速度、航迹径向速度、点迹位置和航迹位置完成点迹、航迹的高关联度相关；剩余点迹根据点迹多普勒速度和点迹位置完成点迹之间的高关联度相关；完成航迹滤波；完成航迹起始；完成杂波（虚警）剔除。本发明使大量的虚警、杂波无法与真实目标相关，因此解决了密集杂波背景下无法进行全自动跟踪的行业难题。该方法适用于可以进行长时间相参积累的雷达，具有算法复杂度低，容易实现的优点。

Description

一种基于高精度测速的雷达全自动跟踪方法

技术领域

本发明属于雷达数据处理技术领域，具体涉及一种解决对空情报雷达无法实现全自动跟踪问题的基于高精度测速的雷达全自动跟踪方法。

背景技术

雷达系统中，雷达回波经滤波后进行恒虚警检测，对于情报雷达通常要求检测概率为0.5，虚警概率为10^-6，但是在复杂电磁环境下往往会有很多的虚假目标，给操作员的工作带来压力。

雷达数据处理主要包括点迹处理和航迹两个阶段，在算法上主要是相关算法和滤波跟踪算法。雷达数据处理的性能是两个算法互相作用的结果，但主要问题出现在相关算法上。在密集杂波背景下，当目标出现机动或者目标暂消以后，在目标预测位置的周围往往会出现虚假点迹，从而造成误相关，这就是当前我国地面情报雷达无法做到全自动跟踪的根本原因。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明利用高精度测速的方法，提出了一种在满足雷达虚警概率和检测概率要求的前提下实现雷达的自动跟踪的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于高精度测速的雷达全自动跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用N阶MTD滤波器积累雷达IQ视频数据，确保速度分辨力和测速精度；其中雷达的工作波长为λ，雷达的重复频率为f_r，多普勒频率为f_d，频率分辨力为根据公式v＝f_d×λ/2，得雷达的多普勒速度分辨力为

步骤2：利用CFAR技术完成恒虚警检测，过门限的目标输出，称为点迹；

步骤3：计算点迹的多普勒速度；

步骤4：根据点迹的多普勒速度、航迹径向速度、点迹位置和航迹位置完成点迹、航迹的高关联度相关；

步骤5：剩余点迹根据点迹多普勒速度和点迹位置完成点迹之间的高关联度相关；

步骤6：根据卡尔曼滤波器对相关的航迹进行航迹滤波和预测；

步骤7：根据卡尔曼滤波器对相关的点迹进行航迹起始；

步骤8：对于未相关的点迹进行剔除。

作为优选，步骤2是对MTD后的距离-多普勒矩阵求模后进行CFAR计算，完成恒虚警检测；其中目标处于通道号为n的多普勒通道中，对应的多普勒频率为距离为R_d。

作为优选，步骤3中根据公式v＝f_d×λ/2求出点迹的多普勒速度v_d。

作为优选，步骤4中航迹与点迹的相关规则为：

$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{v_t-v_d}{T}\\ {\mathrm{dR}}_1=v_d\·T+\frac{1}{2}\·a\·T^2\\ {\mathrm{dR}}_2=(R_t-R_d)\\ \mathrm{\δ}=v_f\·T+{\mathrm{\δ}}_R\\ |{\mathrm{dR}}_2-{\mathrm{dR}}_1|\≤\mathrm{\δ}\end{array}\right.,$

其中：a为目标的加速度，v_d为点迹径向速度，v_t为航迹径向速度，T为点迹和航迹更新的时间差，R_t为航迹滤波距离，R_d为点迹距离，dR₁为根据点迹和航迹的速度推算出航迹的运动距离，dR₂为根据点迹和航迹的距离计算出得航迹运动距离，δ为相关门限，δ_R为雷达测距精度，v_f为雷达速度分辨力，P_f为相关门限因子；

当|dR₂-dR₁|≤δ时，点迹和航迹相关，否则点迹和航迹不相关。

本发明突破了传统的雷达数据处理的思维定势，创新性的引入了点迹的多普勒速度作为相关的重要因素。该方法使大量的虚警、杂波无法与真实目标相关，因此解决了密集杂波背景下无法进行全自动跟踪的行业难题。该方法适用于可以进行长时间相参积累的雷达，具有算法复杂度低，容易实现的优点。

附图说明

附图1：为本发明实施例的基本流程图；

附图2：为本发明实施例在密集杂波背景下的全自动跟踪实测效果图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明使用的设备包括：雷达信号处理机、数据处理机，还包括显示器、鼠标、键盘等人机交互设备。信号处理机完成雷达的MTD、CFAR和点迹测速，数据处理机完成点迹-航迹相关、点迹-点迹相关、航迹滤波、航迹起始和杂波剔除工作。

设雷达重复周期为1000Hz，雷达工作频率为200MHz(λ为1.5米)，此时速度分辨力为，v_f＝0.37m/s，测速精度为0.3m/s，测距精度为20m。基于高精度测速的全自动跟踪算法如下：

为说明问题，假设空中有2个目标被雷达掌握，目标1的径向速度为200m/s，已经形成稳定航迹；目标2的径向速度为100m/s，尚未形成航迹；同时存在若干虚警。

请见图1，本发明提供的一种基于高精度测速的雷达全自动跟踪方法，包括以下步骤：

步骤1：雷达IQ视频数据经2048阶MTD后，目标得到积累，并在特定的滤波器内得到响应。根据公式f_d＝2v/λ，目标1的多普勒频率f_d应为266.7Hz，在滤波器的546通道响应最大；目标2的多普勒频率f_d应为133.3Hz，在滤波器的273通道响应最大。

步骤2：对MTD后的距离-多普勒矩阵求模后进行CFAR计算，将过门限的视频数据输出，其中目标1对应的多普勒通道为546，距离为R_d1；目标2对应的多普勒通道为273，距离为R_d2。

步骤3：根据点迹所处的多普勒通道，根据公式v＝f_d×λ/2求出点迹的多普勒速度，目标1、目标2对应的多普勒速度分别为266.6m/s和133.3m/s。设目标1所在的位置R_d1＝15000米，目标2所在的位置R_d2＝50000米。

步骤4：设航迹的速度v_t＝250m/s，所在的位置为R_t＝15250；航迹与点迹的相关规则为：

$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{v_t-v_d}{T}\\ {\mathrm{dR}}_1=v_d\·T+\frac{1}{2}\·a\·T^2\\ {\mathrm{dR}}_2=(R_t-R_d)\\ \mathrm{\δ}=v_f\·T+{\mathrm{\δ}}_R\\ |{\mathrm{dR}}_2-{\mathrm{dR}}_1|\≤\mathrm{\δ}\end{array}\right.,$

计算a＝-16.6m/s²，dR₁＝258.3m，dR₂＝250m，δ＝0.37×1+20＝20.37，|dR₂-dR₁|＝8.3<δ。在此例中目标1的点迹与目标1的航迹相关；目标1的航迹与目标2的点迹以及其它杂波不会相关。

步骤5：按照第4步的公式进行点迹之间的相关，可以得到目标2本次点迹和上一个周期的点迹相关，目标2本次点迹和其它杂波点不相关；其它杂波点之间因很难满足相关的要求，因此不会相关，即便本周期因极小概率相关了，下一个周期再次相关的概率将会更为微小。

步骤6：根据卡尔曼滤波器对目标1进行航迹滤波和预测。

步骤7：根据卡尔曼滤波器对目标2进行航迹起始。

步骤8：对于未相关的点迹进行剔除。

请见图2，是本发明在密集杂波背景下的全自动跟踪实测效果图，在此时刻存在182个点迹，实际空中目标只有18个，因为对点迹的测速精度达到了5m/s，因此在使用本专利的算法进行全自动跟踪时，没有出现航迹与点迹误相关的情况；没有出现航迹误起始的情况；也没有出现真实目标没有起始航迹的情况。

本发明基于对点迹进行高精度测速的方法，在点迹和航迹相关时考虑距离和速度的二维相关因素，能在航迹暂消和机动时以极大概率避免虚警的误相关，实现雷达全自动跟踪。从而提高雷达的自动化和智能化水平，有利于实现雷达的少人、无人值守。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于高精度测速的雷达全自动跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用N阶MTD滤波器积累雷达IQ视频数据，确保速度分辨力和测速精度；其中雷达的工作波长为λ，雷达的重复频率为f_r，多普勒频率为f_d，频率分辨力为根据公式v＝f_d×λ/2，得雷达的多普勒速度分辨力为

步骤2：利用CFAR技术完成恒虚警检测，过门限的目标输出，称为点迹；

步骤3：计算点迹的多普勒速度；

步骤4：根据点迹的多普勒速度、航迹径向速度、点迹位置和航迹位置完成点迹、航迹的高关联度相关；

步骤5：剩余点迹根据点迹多普勒速度和点迹位置完成点迹之间的高关联度相关；

步骤6：根据卡尔曼滤波器对相关的航迹进行航迹滤波和预测；

步骤7：根据卡尔曼滤波器对相关的点迹进行航迹起始；

步骤8：对于未相关的点迹进行剔除。

2.根据权利要求1所述基于高精度测速的雷达全自动跟踪方法，其特征在于：步骤2是对MTD后的距离-多普勒矩阵求模后进行CFAR计算，完成恒虚警检测；其中目标处于通道号为n的多普勒通道中，对应的多普勒频率为距离为R_d。

3.根据权利要求1所述基于高精度测速的雷达全自动跟踪方法，其特征在于：步骤3中根据公式v＝f_d×λ/2求出点迹的多普勒速度v_d。

4.根据权利要求1所述基于高精度测速的雷达全自动跟踪方法，其特征在于：步骤4中航迹与点迹的相关规则为：

$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{v_t-v_d}{T}\\ {\mathrm{dR}}_1=v_d\&CenterDot;T+\frac{1}{2}\&CenterDot;a\&CenterDot;T^2\\ {\mathrm{dR}}_2=(R_t-R_d)\\ \mathrm{\&delta;}=v_f\&CenterDot;T+{\mathrm{\&delta;}}_R\\ |{\mathrm{dR}}_2-{\mathrm{dR}}_1|\&le;\mathrm{\&delta;}\end{array}\right.,$

其中：a为目标的加速度，v_d为点迹径向速度，v_t为航迹径向速度，T为点迹和航迹更新的时间差，R_t为航迹滤波距离，R_d为点迹距离，dR₁为根据点迹和航迹的速度推算出航迹的运动距离，dR₂为根据点迹和航迹的距离计算出得航迹运动距离，δ为相关门限，δ_R为雷达测距精度，v_f为雷达速度分辨力，P_f为相关门限因子；

当|dR₂-dR₁|≤δ时，点迹和航迹相关，否则点迹和航迹不相关。