CN106526586A - 一种基于岸基情报雷达的数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于岸基情报雷达的数据处理方法，包括对雷达扫描产生的数据通过包含有多个功能模块的模块组进行处理，利用数据同步与交互中心连接各个功能模块并进行数据交换、处理以生成确认航迹，雷达扫描产生的数据为同步到数据同步与交互中心的原始点迹。本发明的有益效果是：本发明符合高内聚低耦合要求，并具有正确性高、健壮性高、可扩展性强、可复用性强、操作可靠性高、数据处理能力强等优点。

Description

一种基于岸基情报雷达的数据处理方法
技术领域
本发明涉及雷达数据处理领域，具体的说，是一种基于岸基情报雷达的数据处理方法。
背景技术
现有多雷达数据融合处理工作方式，包括：集中式雷达数据融合处理、分布式雷达数据融合处理、混合式雷达数据融合处理。在集中式雷达数据处理融合结构下，融合中心可以得到所有传感器传送过来的原始数据，但是通常情况下，所含数据量和包含的信息较大，但也是最完整的，因此可以提供最优的融合性能，可以作为各种分布式和混合式融合算法的性能比较的参照，也可以作为一种完整的雷达数据处理方式。但与此同时，对计算机的处理能力提出了较高的要求，同时也对架构设计提出了较高的要求。现有技术条件下的该类系统处理数据效率较低、处理容量不大、内聚过低、耦合过高等缺陷，难以满足使用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种符合高内聚低耦合要求、操作可靠性高、数据处理能力强基于岸基情报雷达的数据处理方法。
本发明通过下述技术方案实现：一种基于岸基情报雷达的数据处理方法，包括对雷达扫描产生的数据通过包含有多个功能模块的模块组进行处理，利用数据同步与交互中心连接各个功能模块并进行数据交换、处理以生成确认航迹，雷达扫描产生的数据为同步到数据同步与交互中心的原始点迹。
包括以下几个步骤：
步骤S1：使用模块组中的点迹预处理模块从数据同步与交互中心获取到原始点迹，从时钟同步模块获取时钟信息，对原始点迹与时钟信息进行同步操作，并得到预处理完成点迹，将预处理完成点迹同步到数据同步与交互中心；
步骤S2：使用模块组中的点迹融合模块从数据同步与交互中心获取到多个预处理完成点迹进行点迹融合，得到融合处理完成点迹，将融合处理完成点迹同步到数据同步与交互中心；
步骤S3：使用模块组中的航迹关联与跟踪模块完成点迹关联和航迹跟踪；
步骤S4：使用模块组中的航迹起始模块从数据同步与交互中心获取数据，并生成确认航迹。
所述的步骤S3包括以下几个步骤：
步骤S301：生成P1P临时航迹；
步骤S302：生成P2P临时航迹；
步骤S303：生成PNP临时航迹；
步骤S304：生成确认航迹。
所述的步骤S1中还包括，利用模块组中的情报操作系统向数据同步与交互中心输入数据以实现人工干预。
所述的步骤S1中还包括，利用模块组中的信息交互中心完成情报操作系统与数据同步与交互中心之间的数据交互功能。
所述的步骤S304还包括利用模块组中的航迹管理模块实现对确认航迹的管理。
还包括步骤S5：利用模块组中的统计与输出模块完成各个模块的数据统计以及输出确认航迹。
还包括利用模块组中的特殊区域处理模块对确认航迹进行限定操作。
还包括利用模块组中的识别信息配对模块对识别信息进行配对。
还包括利用模块组中的特殊目标处理模块对异常数据进行处理。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明严格遵循了系统设计的高内聚低耦合的要求，具有正确性高、健壮性高、可扩展性强、可复用性强等优点，各个模块能够单独使用，模块也能够单独优化与升级。各个模块能够作为线程集成到一个进程中，部署到一台计算机上，也能够作为独立的进程，通过网络进行数据和信息交互，分布式的部署到不同的计算机上。本发明的系统架构设计吸纳了集中式架构的优势：外部接口简单、设备需求量少、数据处理精度高；同时也避免了系统对外部数据的处理范围受限、处理目标类型受限、处理方法复杂、更新速度较低、容错能力较弱、升级维护复杂等缺点；系统能够采用网络分布式部署或者本机集中式部署，避免引入冗余备份系统，大大的提高了系统的可靠性和适用范围。
附图说明
图1为本系统系统设计架构示意图；
图2为本系统的点迹预处理数据处理流向的实施路线图；
图3为本系统的点迹融合数据处理流向的实施路线图；
图4为本系统的航迹关联与跟踪数据处理流向的实施路线图
图5为本系统的航迹起始数据处理流向的实施路线图；
图6为本系统的信息配对数据处理流向实施路线图；
图7为本系统的系统外围功能数据处理流向实施路线图；
图8为本系统的情报操作数据处理流向实施路线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1所示，本实施例中，一种基于岸基情报雷达的数据处理方法，包括对雷达扫描产生的数据通过包含有多个功能模块的模块组进行处理，利用数据同步与交互中心连接各个功能模块并进行数据交换、处理以生成确认航迹，雷达扫描产生的数据为同步到数据同步与交互中心的原始点迹。雷达包括接入数据同步与交互中心的一次雷达一部、二次雷达一部、识别信号一路和ADS-B信号一路，且一次雷达一部、二次雷达、识别信号一路和ADS-B信号一路合装到一个天线转台内。
其中数据同步与交互中心主要用于各模块之间的信息交互、处理，以及实现时钟同步模块的处理功能。数据同步与交互中心还能够与扇区信息同步，包括天线转速的自适应、扇区报筛选和容错功能。通常情况下雷达的伺服转台因为各种原因不能够精确地达到预定的转速，此时就需要时钟同步系统进行相关的校正和修正。系统设计严格的按照边扫描边跟踪的处理方式，则能够避免转速抖动造成的时间差问题。
为了实现数据的快速交互，要求数据同步与交互中心的传输速度足够快，还要求数据的吞吐量足够大，同时要求数据同步与交互中心具备一定的数据压缩能力以及数据备份能力。本实施例中，数据同步与交互中心的数据库能够采用SQLite、Altibase、Oracle、Berkeley DB、TimesTen、eXtremeDB、H2 Database、Derby、HSQLDB等内存数据中的一种或多种组合，也能够采用本地编写的类似的内存数据库，或者Key-Value形式的共享数据缓冲类型数据库。
其具体包括以下几个步骤：
步骤S1：使用模块组中的点迹预处理模块从数据同步与交互中心获取到原始点迹，从时钟同步模块获取时钟信息，对原始点迹与时钟信息进行同步操作，并得到预处理完成点迹，将预处理完成点迹同步到数据同步与交互中心。
点迹预处理模块主要用于对原始点迹和相关属性信息进行相应的预处理，其主要包括一次雷达点迹预处理、二次雷达点迹预处理、识别信息预处理和ADS-B点迹信息预处理。
如图2所示，其中PSR点迹为一次雷达点迹，经过一次雷达探测目标产生的原始视频信号经过信号处理而生成；SSR点迹为二次雷达点迹，经过二次雷达探测目标产生的原始视频信号经过信号处理而生成；识别信息与二次雷达点迹相似，一般经过二次雷达探测目标产生应答信息，而生成相关的信息点迹；ADS-B点迹是由航空器自主发送地址报文，由地面接收捕捉解码而形成的点迹。
步骤S2：使用模块组中的点迹融合模块从数据同步与交互中心获取到多个预处理完成点迹进行点迹融合，得到融合处理完成点迹，将融合处理完成点迹同步到数据同步与交互中心。
点迹融合模块主要用于根据计算或设定的雷达观测噪声、测量精度、目标点迹特征参数、点迹融合算法参数、波门参数等因素，按照融合准则实现点迹融合。
如图3所示，从数据交互中心获取预处理完成点迹，先进行点迹融合，识别信息或其他非点迹信息除外，融合后形成处理后的点迹，处理后的点迹包括融合点迹、PSR未融合点迹、SSR未融合点迹和ADS-B未融合点迹等剩余点迹，将处理后的所有点迹送至数据交互中心，并标记为融合处理完成点迹。
步骤S3：使用模块组中的航迹关联与跟踪模块完成点迹关联和航迹跟踪。
航迹关联与跟踪模块主要用于使航迹和点迹配对并更新航迹。其能够针对单一次雷达航迹、单二次雷达航迹、融合航迹提供雷达观测误差和量测精度、目标运动特征、航迹预测、航迹消批判定等参数，用于跟踪波门控制，具备点迹关联、航迹跟踪、更新、外推和终止等处理功能；并且还能响应雷达终端的情报操作，实现航迹人工干预；提供多个机动目标跟踪区，区域内采取机动目标跟踪策略，实现机动目标区特殊处理。本实施例中，本系统的点航迹关联采用属性关联、加权最近邻域及动力学属性判定等算法进行罚分计算点航迹的属性关联度。航迹跟踪则使用扩展的卡尔曼滤波结合自适应机动转弯模型与自适应的Singer模型结合的方式进行航迹跟踪滤波，该方法具有运算量较低、计算精度较高的优点。
如图4所示，航迹关联与跟踪模块从数据交互中心获取确认航迹、外推航迹和融合处理完成点迹，先进行航迹关联与跟踪处理。对于已经确认的航迹首先和融合处理完成点迹进行关联，并完成航迹更新。数据关联可采用最近邻域数据关联、概率数据关联、交互式多模型概率数据关联、联合概率数据关联、多假设、概率多假设等关联方法。
此处处理后，确认航迹分为更新航迹以及在指定扇区范围内没有更新但需要外推的外推航迹。外推航迹在经过几个周期处理后还不能得到更新，则需要删除该航迹，删除航迹可按照指定规则，如序列概率比检验、跟踪们方法、Bayes跟踪终止方法、直观删除等方法进行航迹删除。
若融合处理完成点迹在此模块中没有参与航迹更新，则标记为航迹关联与跟踪剩余点迹，送至数据交互中心。
步骤S4：使用模块组中的航迹起始模块从数据同步与交互中心获取数据，并生成确认航迹。
航迹起始模块的主要功能为由每一个扫描周期的离散点迹，形成一条完整的确认航迹。航迹起始模块从数据交互中心获取航迹关联与跟踪剩余点迹，在指定的规则下，如序列概率比检验、Bayes轨迹确定方法、启发式直观起始算法、基于逻辑规则的起始算法、Hough变换等航迹起始方法进行航迹起始。在此模块中，一个点此时也被称为临时航迹，也要赋予一个临时的批号，此时该航迹成为临时的P1P航迹；在两个周期关联的点迹集合，沿用P1P批号，此时的航迹则被称为临时的P2P航迹；在两个以上周期关联的点迹集合，沿用之前的批号，此时航迹则被称为临时的PNP航迹。
如图5所示，使航迹关联与跟踪剩余点迹与临时的PNP航迹进行关联，若能够关联，则PNP航迹依据确认规则转为确认航迹，否则PNP航迹按照指定的规则进行下一个扇区等待或者进行航迹外推，或者按照规则删除该PNP航迹，若该剩余点迹与PNP关联则删除该点，否则进入P2P航迹处理序列；PNP处理剩余点迹与临时航迹的P2P航迹进行关联，若能够关联，则P2P航迹依据确认规则转为PNP航迹，否则P2P航迹按照指定的规则进行下一个扇区等待或者进行航迹外推，或者按照规则删除该P2P航迹，若该剩余点迹与P2P关联则删除该点，否则进入P1P航迹处理序列；P2P处理剩余点迹与临时航迹的P1P航迹进行关联，若能够关联，则P1P航迹依据确认规则转为P2P航迹，否则该剩余点转为P1P航迹。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例中，所述的步骤S1中还包括，利用模块组中的情报操作系统向数据同步与交互中心输入数据以实现人工干预，输入数据时，通过利用信息交互中心完成数据交互功能。
情报操作是对雷达相关处理进行人工干预的总称，其目的是修正、修改、优化本系统的处理正确度和精准度，情报操作模块主要用于实现并完成以下各类情报操作：
1. 总清：清除所有目标航迹数据；
2. 新批：根据界面设置的距离、方位手动录取方式人工起始一批航迹并立即输出，该批目标仅能通过手动录取跟踪；
3. 录取：手动录取方式下，将指定批号航迹录取到指定位置并立即输出；
4. 自录：根据界面设置的距离、方位手动录取方式人工起始一批自动跟踪航迹；
5. 修正：对自动录取航迹的位置进行修正到指定的距离、方位；
6. 暂消：标识某已经丢失或已经外推的指定批号航迹处于暂消状态；
7. 重现：标识暂消航迹重新出现，并自动跟踪；
8. 重点：标识或取消指定批号航迹为“重要”；
9. 听高：人工设置指定批号航迹的高度；
10. 属性：人工设置指定批号航迹的属性；
11. 半自动：航迹跟踪方式切换为半自动，禁止自动起始航迹，对已经起始的目标航迹自动跟踪；
12. 自动：航迹跟踪方式切换为自动，自动起始跟踪航迹；
13. 改录：改变指定批号航迹的录取方式，即实现由自动录取到手动录取的相互切换；
14. 清批：清除指定批号航迹；
15. 合批：将指定两批航迹合并为一批，合并后批号采用第一个航迹的批号；
16. 分批：将指定批号航迹分裂成两批目标，分裂后第一批航迹采用原来航迹批号和位置，而分裂的新航迹批号根据用户输入设定，其位置由用户输入值更新；
17. 改批：将指定的航迹批号修改为新批号，如果新批号已经被占用，则将两批航迹交换批号；如果新批号不存在则进行批号变更；
18. 上报：设置指定批号航迹是否上报。
而信息交互中心作为情报操作与其他处理模块进行数据交互的部分，主要用于完成与情报操作相关的低速但高准确度的数据交互功能。本实施例中，若系统设计在同一个进程中能够采用方法类实现共享信息的功能，采用类似的观察者模式实现相关功能。若在不同的进程中，能够采用Socket的TCP或UDP形式实现数据交互功能。这样情报处理能够和后台的数据处理部署到不同的计算机上，若采用后一种方式，则各个功能模块能够采用进程实现，从而为后期的均衡负载做准备。
实施例3：
在实施例1的基础上，本实施例中，所述的步骤S304还包括利用模块组中的航迹管理模块实现对确认航迹的管理，航迹管理模块能够与数据同步与交互中心连接，航迹管理模块主要完成航迹的管理功能，包括批号的管理以及响应情报操作的航迹分裂与合并功能。
实施例4：
在实施例1的基础上，本实施例中，还包括步骤S5：利用模块组中的统计与输出模块完成各个模块的数据统计以及输出确认航迹，统计与输出模块能够与数据同步与交互中心连接，统计与输出模块主要完成各个模块的数据以及中间过程数据的统计与指定内容的数据输出，包括按照设定格式输出航迹，例如其能够向串口、UDP、TCP等指定的目的地输出指定的数据格式信息，比如可输出Asterix、民航等相关航迹，航迹输出的格式采用内部标准格式输出，满足相关行业标准的要求，使得对输出的数据读取方便准确。并且统计与输出模块能够完成对输入的数据和输出的数据进行相关的统计，如：一个扫描周期内接收PSR点迹数、SSR点迹数、ADS-B点迹数、P1P航迹数、P2P航迹数、PNP航迹数、确认航迹数、外推航迹数等，其能够统计并输出处理过程的点航迹数据种类多、处理容量大，能够满足使用要求。还能够周期性报告软件版本信息、进程状态、内存开销等信息；实时检测进程数据处理能力，当处理能力过载时，可采用预订的准则丢弃不满足要求的数据，并及时输出告警信息，以此有利于实时监控系统的运行情况。统计与输出模块能够将融合后的航迹发送到雷达数据多协议网关软件，通过协议网关的配置灵活输出，提高了数据输出的灵活性；还能够输出本地计算的CPU、内存、磁盘、网络负载相关信息，并具备相应中断、软件重启、计算机重启、关机等命令的功能，提高了系统运行的安全程度。
实施例5：
在实施例1的基础上，本实施例中，还包括利用模块组中的识别信息配对模块对识别信息进行配对，识别信息配对模块能够与数据同步与交互中心连接，识别信息配对模块主要完成识别信息航迹的配对功能，其能够提供雷达观测噪声、测量精度、识别信息点迹特征、识别信息配对算法、波门等配对参数，按指定准则进行确认航迹和识别信息的配对。
实施例6：
在实施例1的基础上，本实施例中，还包括利用模块组中的特殊目标处理模块对异常数据进行处理以及利用模块组中的特殊区域处理模块对确认航迹进行限定操作，特殊区域处理模块和特殊目标处理模块能够分别与信息交互中心连接。
特殊区域处理模块主要完成对航迹起始和外推的限制操作，其能够提供禁止起批区、航迹禁止区、机场区等特殊区域，区域内按照指定的航迹滤波准则进行航迹滤波；提供多禁止起批区、航迹禁止区、机场区；预留几类指定航迹处理区和处理准则。
特殊目标处理模块主要针对非正常范围目标的检测和跟踪，其具有慢目标、高速目标及机动目标检测和处理功能；提供航迹平均速度、运动窗、幅度、航速、航向、航迹数等区分特定目标航迹的相关参数、判断准则和处理准则。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，凡是对各个模块的设计架构类型与模块的组织架构与本系统设计方案一致，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于岸基情报雷达的数据处理方法，其特征在于：包括对雷达扫描产生的数据通过包含有多个功能模块的模块组进行处理，利用数据同步与交互中心连接各个功能模块并进行数据交换、处理以生成确认航迹，雷达扫描产生的数据为同步到数据同步与交互中心的原始点迹。
2.根据权利要求1所述的一种基于岸基情报雷达的数据处理方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤S1：使用模块组中的点迹预处理模块从数据同步与交互中心获取到原始点迹，从时钟同步模块获取时钟信息，对原始点迹与时钟信息进行同步操作，并得到预处理完成点迹，将预处理完成点迹同步到数据同步与交互中心；
步骤S2：使用模块组中的点迹融合模块从数据同步与交互中心获取到多个预处理完成点迹进行点迹融合，得到融合处理完成点迹，将融合处理完成点迹同步到数据同步与交互中心；
步骤S3：使用模块组中的航迹关联与跟踪模块完成点迹关联和航迹跟踪；
步骤S4：使用模块组中的航迹起始模块从数据同步与交互中心获取数据，并生成确认航迹。
3.根据权利要求2所述的一种基于岸基情报雷达的数据处理方法，其特征在于：所述的步骤S3包括以下几个步骤：
步骤S301：生成P1P临时航迹；
步骤S302：生成P2P临时航迹；
步骤S303：生成PNP临时航迹；
步骤S304：生成确认航迹。
4.根据权利要求2所述的一种基于岸基情报雷达的数据处理方法，其特征在于：所述的步骤S1中还包括，利用模块组中的情报操作系统向数据同步与交互中心输入数据以实现人工干预。
5.根据权利要求4所述的一种基于岸基情报雷达的数据处理方法，其特征在于：所述的步骤S1中还包括，利用模块组中的信息交互中心完成情报操作系统与数据同步与交互中心之间的数据交互功能。
6.根据权利要求2所述的一种基于岸基情报雷达的数据处理方法，其特征在于：所述的步骤S304还包括利用模块组中的航迹管理模块实现对确认航迹的管理。
7.根据权利要求2所述的一种基于岸基情报雷达的数据处理方法，其特征在于：还包括步骤S5：利用模块组中的统计与输出模块完成各个模块的数据统计以及输出确认航迹。
8.根据权利要求2所述的一种基于岸基情报雷达的数据处理方法，其特征在于：还包括利用模块组中的特殊区域处理模块对确认航迹进行限定操作。
9.根据权利要求2所述的一种基于岸基情报雷达的数据处理方法，其特征在于：还包括利用模块组中的识别信息配对模块对识别信息进行配对。
10.根据权利要求2所述的一种基于岸基情报雷达的数据处理方法，其特征在于：还包括利用模块组中的特殊目标处理模块对异常数据进行处理。
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