CN109738886B - 一种旋转相控阵超天线周期数据率目标跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转相控阵超天线周期数据率目标跟踪方法，该跟踪方法在法线跟踪方式的基础上增加了跟踪请求控制模块，系统将雷达天线的实时方位和目标的运动参数传送给跟踪请求控制模块，跟踪请求控制模块根据天线的实时传送的时刻以及目标的运动参数，计算出目标的实时位置，当天线方位和目标的位置满足可跟踪条件时，发送跟踪命令调度请求，资源调度根据请求的目标位置立即给波控发送调度命令。跟踪请求控制模块只需判断可跟踪条件，只要条件满足就发送调度请求，由于天线可偏扫正负45°扇区范围，因此在扫描扇区范围内，最多可跟踪次数可以达到系统设定的最小时间间隔的数据率，从而突破天线周期数据率。

Description

一种旋转相控阵超天线周期数据率目标跟踪方法

技术领域

本发明涉及一种旋转相控阵雷达目标跟踪技术，尤其涉及旋转相控阵下高机动目标高数据率跟踪技术。

背景技术

相对于传统单脉冲雷达,相控阵雷达以电子方式控制波束方向,可以实现灵活的雷达能量调度方式，利用时空分割技术实时进行多目标的捕获与跟踪，工作效率高，应用灵活。旋转相控阵雷达的阵面可以通过伺服驱动进行方位机械轴转动,可以用于精密跟踪测量。这种机相扫结合的相控阵雷达,通过机电轴联合跟踪控制,可以对目标实现法线跟踪方式。

针对机动目标跟踪问题，很多专家学者已经进行了多年的研究。基本的滤波方法是机动目标跟踪系统的组成要素，同时是自适应跟踪滤波理论形成的前提。目前已有的滤波方法包括两点外推滤波、线性自回归滤波、加权最小二乘滤波、维纳滤波、α-β滤波以及卡尔曼滤波等。由于线性自回归滤波、两点外推滤波和维纳滤波适用范围小，应用并不广泛。加权最小二乘滤波、α-β滤波以及卡尔曼滤波在现代工程中应用较多。在滤波方法加以研究的同时，数据关联方法也是决定目标能否稳定跟踪的关键技术，最近邻域法(NNSF)易于工程实现并且计算量少，但是在高虚警的条件下，容易发生错误关联，从而出现目标误跟或者跟丢。概率数据关联算法(PDA)在高密度杂波背景下可以较好的跟踪目标，并且计算量相对较小，但是该算法仅用于解决雷达在密集杂波环境下跟踪单目标的问题。联合概率数据关联算法(JPDA)，JPDA建立在PDA理论的基础上，很好的解决了高虚警条件下多目标跟踪问题，然而JPDA理论的数学模型较复杂，随着目标数量的增加及杂波密度的增大，计算量会大大增加，从而在工程上实现起来比较困难。然而，滤波方法的改进能使当前模型尽可能接近目标真实运动模型，但其必须依赖于目标关联能够关联到准确的目标量测。而关联算法的改进也必须依赖目标量测能够进入到关联波门。为了能够提高关联波门关联到目标的概率，提高跟踪系统的数据率是最可靠最根本的方法。

双面阵旋转相控阵雷达的法线跟踪方式，决定了系统跟踪目标的数据率最多是天线旋转周期的一半。这一跟踪方式严重限制了相控阵雷达灵活电扫的能力，为了能够将雷达跟踪数据率在此基础上进一步提高，本发明设计了旋转相控阵超天线周期数据率目标跟踪方式。

发明内容

为突破现有旋转相控阵目标跟踪数据率受天线旋转周期的限制，解决相控阵雷达在旋转状态下利用电扫实现高数据率目标跟踪的问题，本发明提出了一种旋转相控阵超天线周期数据率目标跟踪方法。该跟踪方法在法线跟踪方式的基础上增加了跟踪请求控制模块，天线系统将雷达天线的实时方位信息实时传送给跟踪请求控制模块，同时数据处理将目标的运动参数传送给跟踪请求控制模块，跟踪请求控制模块根据天线的实时传送的时刻以及目标的运动参数，计算出目标的实时位置。然后，跟踪请求控制模块根据天线和目标的实时位置判定是否需要发送跟踪请求，跟踪请求控制模块以天线码盘信息的数据率10us的速度判定目标是否满足可跟踪条件，是否可跟踪条件包括：1)天线伺服位置和目标位置应满足目标的位置在天线扫描范围内；2)当前时刻与目标上一次跟踪更新时刻的间隔应大于系统设定的最小时间间隔。当天线方位和目标的位置满足可跟踪条件时，发送跟踪请求命令给资源调度，资源调度根据请求的目标位置立即给波控发送调度命令。跟踪请求控制模块只需判断可跟踪条件，只要条件满足就发送调度请求，由于天线可偏扫正负45°扇区范围，因此在扫描扇区范围内，最多可跟踪次数可以达到系统设定的最小时间间隔的数据率。不妨假定天线旋转周期为通常的2s情况，传统的目标跟踪数据率与天线旋转周期一致，即为2s。资源调度的间隔通常为50ms。本发明采用的基于跟踪请求控制模块的方式，采用10us数据率采样天线方位和目标状态信息，能够及时(数十us量级时间内)检测到目标状态变化并发送跟踪请求，同时由于资源调度的时间间隔为数十ms，因此最终可以实现数十ms量级的数据率跟踪功能，从而突破天线周期数据率。

附图说明

图1旋转相控阵超天线周期数据率目标跟踪方法流程图。

图2跟踪请求控制流程图。

具体实施方式

本发明提出了一种旋转相控阵超天线周期数据率目标跟踪方法。下面结合附图对本发明的实现流程进行举例说明。

1、首先，需跟踪的目标通过显控发送给数据处理后，数据处理将该目标放入跟踪任务列表中。

2、数据处理根据跟踪任务列表中目标的已有历史点迹计算目标的运动参数：位置、速度、加速度等，然后将目标的运动参数发送给跟踪请求控制模块。

3、天线通过伺服控制模块，以每10微秒一次的速率将天线伺服码盘方位实时发送给跟踪请求控制模块。

4、跟踪请求控制模块在接收到天线伺服码盘方位Azi_now时，取得当前时刻t_now，定义目标上一次更新航迹的时刻为t_pre，时间间隔为△t＝t_now-t_pre，根据目标的该时间间隔以及目标的位置、速度、加速度计算当前目标的位置(dis,azi,ele)_now。其中dis表示目标距离，azi表示目标方位，ele表示目标仰角。

5、假定天线电扫范围为正负45°，此时当前天线能够跟踪扇区范围为[Azi_now-45°,Azi_now+45°]，判断目标的方位是否在该扇区扫描范围内。如果满足，则进行下一步，否则退出。

6、假定设计的跟踪方式最小数据时间间隔为200ms，该步骤则判断当前时间间隔△t是否大于200ms，其中△t＝t_now－t_pre，如果满足，则进行下一步，否则退出。

7、根据系统延时等因素，修正当前目标的位置(dis,azi,ele)_now得到下一次调度间隔的目标位置(dis,azi,ele)_correctioin，并根据修正后位置给资源调度发送目标的跟踪调度请求。

8、资源调度收到请求后，将跟踪任务立即安排到下一次调度任务内，任务经波控到天线发送跟踪波束。

9、接收机接收到跟踪目标的数据经信号处理、点迹提取、航迹关联、航迹滤波，得到目标的运动状态。将此运动状态再次发送给跟踪请求控制，形成跟踪环路。

Claims (3)

1.一种旋转相控阵超天线周期数据率目标跟踪方法，其特征在于：系统将雷达天线伺服每间隔10微秒送出的实时方位和目标的运动参数传送给跟踪请求控制模块，跟踪请求控制模块根据天线的实时方位的传送的时刻以及目标的运动参数，计算出目标的实时位置，当天线方位和目标的位置满足目标位置在天线方位正负45度范围内，且跟踪时间间隔大于最小间隔的可跟踪条件时，发送跟踪命令调度请求，资源调度根据请求的目标位置立即给波控发送调度命令；天线发送跟踪波束后，接收机接收到跟踪目标的数据经信号处理、点迹提取、航迹关联、航迹滤波，得到目标的运动状态；将此运动状态再次发送给跟踪请求控制，由此形成跟踪环路。

2.根据权利要求1所述的旋转相控阵超天线周期数据率目标跟踪方法，其特征在于：所述跟踪请求控制模块只需判断可跟踪条件，只要条件满足就发送调度请求；其中所述条件包括两个方面：一是天线伺服位置和目标位置应满足目标的位置在天线扫描范围内；二是当前时刻与目标上一次跟踪更新时刻的间隔应大于系统设定的最小时间间隔。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的旋转相控阵超天线周期数据率目标跟踪方法，其特征在于：在天线旋转状态下天线实时偏扫正负45°的扫描扇区范围，跟踪次数最多能够达到系统设定的最小时间间隔的数据率，从而突破天线周期数据率。

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