CN110673134B - 一种雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法，包括步骤：分别通过远测距模式和近测距模式两种测距模式交替获取目标的点迹；通过连续获取的多帧点迹的连续性确定目标的航迹起始；通过采用设置不同参数的波门分别对远测距模式和近测距模式所获取的点迹进行筛选，以确定与航迹相匹配的点迹；通过根据获取点迹的不同测距模式所设置的不同非线性滤波器噪声矩阵分别将与航迹相匹配的点迹更新至航迹中，以得到新的航迹。本发明通过采用自适应扇形波门进行匹配提高了点迹与航迹匹配的连续性，通过获取点迹的不同测距模式设置不同非线性滤波器噪声矩阵优化航迹，从而提高了航迹的滤波平滑效果及检测目标运动状态的估计精度。

Description

一种雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，特别是涉及一种雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法。
背景技术
车载雷达根据不同的测距要求设置相应的帧结构和发射天线，导致近测距模式(下文简称‘近制式’)和远测距模式(下文简称‘远制式’)得到的点迹测量精度有所差异，如近制式目标径向距离的测量精度相比远制式较高，而近制式目标角度的测量精度相比远制式较低。因此采用单一的近制式进行航迹跟踪时，在远距离(如120m以外)容易丢失点迹信息，导致点迹与航迹的匹配失败；采用单一的远制式进行航迹跟踪时，在近距离(如20m以内)点迹信息精度低，导致点迹与航迹的匹配错误；两种测距模式都会导致航迹不连续，目标跟踪失败，所以提出使用两种测距模式融合的方法，取长补短进行航迹跟踪。
基于非线性卡尔曼滤波跟踪算法，对远近交替测距模式下得到的点迹进行匹配跟踪，但由于两种测距模式得到的点迹测量精度不同，滤波得到的航迹不够平滑，且估计的行驶状态(速度、加速度分量)不稳定，抖动较大，影响了目标状态的判断。
由于远近测距模式点迹测量精度不同，传统点迹匹配波门的设置容易导致匹配错误和失败，继而影响航迹的连续性。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的不足，提供一种雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法，包括如下步骤：
包括如下步骤：
分别通过远测距模式和近测距模式两种测距模式交替获取目标的点迹；
通过连续获取的多帧点迹的连续性确定目标的航迹起始；
通过采用设置不同参数的波门分别对远测距模式和近测距模式所获取的点迹进行筛选，以确定与航迹相匹配的点迹；
通过根据获取点迹的不同测距模式所设置的不同非线性滤波器噪声矩阵分别将与航迹相匹配的点迹更新至航迹中，以得到新的航迹。
进一步的，作为优选技术方案，确定与航迹相匹配的点迹具体包括：
选择波门类型；
对远测距模式所获取的点迹设置第一波门进行筛选，当点迹的测量值满足第一波门条件，则判断该点迹与航迹相匹配；
对近测距模式所获取的点迹设置第二波门进行筛选，当点迹的测量值满足第二波门条件，则判断该点迹与航迹相匹配。
进一步的，作为优选技术方案，当每帧所获取的点迹中有多个点迹与航迹相匹配，则采用点迹聚类法、角度偏差最小法或距离偏差最小法获取与航迹最佳匹配的点迹。
进一步的，作为优选技术方案，所述点迹的测量值包括测量距离、测量速度和测量角度；
所述波门参数包括点迹的测量距离与航迹预测距离之间的差值最大值、点迹的测量速度与航迹预测速度之间的差值最大值和点迹的测量角度与航迹预测角度之间的差值最大值。
进一步的，作为优选技术方案，所述波门类型包括矩形波门、扇形波门和圆形波门。
进一步的，作为优选技术方案，所述波门类型为扇形波门。
进一步的，作为优选技术方案，
设置非线性滤波器噪声矩阵并实时根据不同测距模式获取点迹的点迹测量噪声初始化非线性滤波器噪声矩阵；
根据获取当前点迹的测距模式更新非线性滤波器噪声矩阵；
根据更新后的非线性滤波器噪声矩阵更新非线性滤波器增益矩阵；
根据更新后的非线性滤波器增益矩阵获取不同测距模式下获取的点迹的状态量，将该状态量更新至航迹中，从而得到新的航迹。
进一步的，作为优选技术方案，初始化非线性滤波器噪声矩阵具体为：
初始化点迹的测量值的测量误差方差；
所述点迹的测量值的初始根据获取该点迹的不同测距模式的精度和分辨率设置。
进一步的，作为优选技术方案，所述非线性滤波器噪声矩阵通过以下公式初始化：
Figure GDA0004151592290000021
Figure GDA0004151592290000022
其中，
Figure GDA0004151592290000023
表示t时刻状态量的预测值，/>
Figure GDA0004151592290000024
表示t-1时刻状态量的滤波值，A表示状态转移矩阵，B表示控制矩阵，ut-1表示t-1时刻控制量，/>
Figure GDA0004151592290000031
表示协方差矩阵，Q表示状态转移协方差矩阵。
进一步的，作为优选技术方案，远测距模式和近测距模式下的非线性滤波器增益矩阵分别通过以下公式获取：
Figure GDA0004151592290000032
Figure GDA0004151592290000033
Figure GDA0004151592290000034
Figure GDA0004151592290000035
其中，K1t表示远测距模式下的非线性滤波器增益矩阵，K2t表示近测距模式下的非线性滤波器增益矩阵，
Figure GDA0004151592290000036
表示协方差矩阵，H表示量测转换矩阵，Rfar表示远测距模式下的测量噪声，Rnear表示近测距模式下的测量噪声，/>
Figure GDA0004151592290000037
表示t时刻状态量的滤波值，/>
Figure GDA0004151592290000038
表示t时刻状态量的预测值，yt表示测量量，/>
Figure GDA0004151592290000039
表示测量量和预测量的残差。
进一步的，作为优选技术方案，状态量包括点迹的位置分量、速度分量、加速度分量。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过采用自适应扇形波门进行匹配提高了点迹与航迹匹配的连续性，通过获取点迹的不同测距模式设置不同非线性滤波器噪声矩阵优化航迹，从而提高了航迹的滤波平滑效果及检测目标运动状态的估计精度。
附图说明
图1为本发明方法步骤流程图。
图2为本发明航迹的更新方法步骤流程图。
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚的界定。
实施例1
一种雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法，如图1所示，包括如下步骤：
S10.分别通过远测距模式和近测距模式两种测距模式交替获取目标的点迹。
本步骤具体为：对车载雷达设置远测距模式和近测距模式两种测距模式，分别通过远测距模式和近测距模式两种测距模式交替获取目标的点迹。
S20.通过连续获取的多帧点迹的连续性确定目标的航迹起始。
本步骤具体为：连续获取多帧点迹，判断所获取的多帧点迹的连续性，当确认获取的多帧点迹连续时，进行目标的航迹起始。
S30.通过采用设置不同参数的波门分别对远测距模式和近测距模式所获取的点迹与航迹进行关联匹配，以确定与航迹相匹配的点迹。
本步骤具体包括：
选择波门类型。
本步骤中，在进行点迹与航迹进行匹配时，所采用的波门包括矩形波门、扇形波门或圆形波门，由于本发明的航迹跟踪优化方法是基于非线性滤波器的，且所得到的点迹是采用远测距模式和近测距模式两种测距模式交替获取的，由于两种测距模式所采用的点迹测量精度不同，因此，在本发明中，为了提高航迹的滤波平滑效果，所采用的波门为扇形波门。
对远测距模式所获取的点迹设置第一波门进行筛选，当点迹的测量值满足第一波门条件，则判断该点迹与航迹相匹配；对近测距模式所获取的点迹设置第二波门进行筛选，当点迹的测量值满足第二波门条件，则判断该点迹与航迹相匹配。
本步骤中，还包括，当每帧所获取的点迹中有多个点迹与航迹相匹配，则采用点迹聚类法、角度偏差最小法或距离偏差最小法获取与航迹最佳匹配的点迹。
其中，波门参数包括点迹的测量距离与航迹预测距离之间的差值最大值、点迹的测量速度与航迹预测速度之间的差值最大值和点迹的测量角度与航迹预测角度之间的差值最大值；点迹的测量值包括测量距离、测量速度和测量角度。
S40.通过根据获取点迹的不同测距模式所设置的不同非线性滤波器噪声矩阵分别将与航迹相匹配的点迹更新至航迹中，以得到新的航迹。
本步骤具体包括：
S401.设置非线性滤波器噪声矩阵并实时根据不同测距模式获取点迹的点迹测量噪声初始化非线性滤波器噪声矩阵。
初始化非线性滤波器噪声矩阵具体为：初始化点迹的测量值的测量误差方差。其中，点迹的测量值的初始根据获取该点迹的不同测距模式的精度和分辨率设置。
非线性滤波器噪声矩阵通过以下公式初始化：
Figure GDA0004151592290000051
Figure GDA0004151592290000052
其中，
Figure GDA0004151592290000053
表示t时刻状态量的预测值，/>
Figure GDA0004151592290000054
表示t-1时刻状态量的滤波值，A表示状态转移矩阵，B表示控制矩阵，ut-1表示t-1时刻控制量，/>
Figure GDA0004151592290000055
表示协方差矩阵，Q表示状态转移协方差矩阵。
S402.识别获取当前点迹的测距模式并根据该测距模式更新非线性滤波器噪声矩阵。
根据测距模式更新非线性滤波器噪声矩阵具体为：
例如，初始化后的非线性滤波器噪声矩阵的点迹测量噪声为R，那么，当识别的测距模式为远测距模式时，得到的更新后的非线性滤波器噪声矩阵的点迹测量噪声为Rfar，当识别的测距模式为近测距模式时，得到的更新后的非线性滤波器噪声矩阵的点迹测量噪声为Rnear。
S403.根据更新后的非线性滤波器噪声矩阵更新非线性滤波器增益矩阵。
非线性滤波器增益矩阵通过以下公式获取：
Figure GDA0004151592290000056
Figure GDA0004151592290000057
Figure GDA0004151592290000058
其中，Kt表示非线性滤波器滤波增益矩阵，
Figure GDA0004151592290000059
表示协方差矩阵，H表示量测转换矩阵，Rfar表示远测距模式下的测量噪声，Rnear表示近测距模式下的测量噪声，/>
Figure GDA00041515922900000510
表示t时刻状态量的滤波值，/>
Figure GDA00041515922900000511
表示t时刻状态量的预测值，yt表示测量量，/>
Figure GDA00041515922900000512
表示测量量和预测量的残差。
根据更新后的非线性滤波器噪声矩阵更新非线性滤波器增益矩阵具体为：
例如：
在远测距模式下，更新后的非线性滤波器增益矩阵为
Figure GDA0004151592290000061
在近测距模式下，更新后的非线性滤波器增益矩阵为
Figure GDA0004151592290000062
S404.根据更新后的非线性滤波器增益矩阵获取不同测距模式下获取的点迹的状态量，将该状态量更新至航迹中，从而得到新的航迹。
具体为：
通过远测距模式下更新的非线性滤波器增益矩阵K1t获取远测距模式下获取的点迹的状态量，并将该点迹的状态量更新至航迹中；通过近测距模式下更新的非线性滤波器增益矩阵K2t获取近测距模式下获取的点迹的状态量，并将该点迹的状态量更新至航迹中，从而得到新的航迹。在本步骤中，状态量包括点迹的位置分量、速度分量、加速度分量。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
分别通过远测距模式和近测距模式两种测距模式交替获取目标的点迹；
通过连续获取的多帧点迹的连续性确定目标的航迹起始；
选择波门类型，同时设置不同参数的第一波门和第二波门；
对远测距模式所获取的点迹设置第一波门进行筛选，当点迹的测量值满足第一波门条件，则判断该点迹与航迹相匹配；
对近测距模式所获取的点迹设置第二波门进行筛选，当点迹的测量值满足第二波门条件，则判断该点迹与航迹相匹配；
通过根据获取点迹的不同测距模式所设置的不同非线性滤波器噪声矩阵分别将与航迹相匹配的点迹更新至航迹中，以得到新的航迹。
2.根据权利要求1所述的雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法，其特征在于，当每帧所获取的点迹中有多个点迹与航迹相匹配，则采用点迹聚类法、角度偏差最小法或距离偏差最小法获取与航迹最佳匹配的点迹。
3.根据权利要求2所述的雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法，其特征在于，所述点迹的测量值包括测量距离、测量速度和测量角度；
所述波门参数包括点迹的测量距离与航迹预测距离之间的差值最大值、点迹的测量速度与航迹预测速度之间的差值最大值和点迹的测量角度与航迹预测角度之间的差值最大值。
4.根据权利要求1所述的雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法，其特征在于，所述波门类型包括矩形波门、扇形波门和圆形波门。
5.根据权利要求1所述的雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法，其特征在于，所述波门类型为扇形波门。
6.根据权利要求1所述的雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法，其特征在于：
设置非线性滤波器噪声矩阵并实时根据不同测距模式获取点迹的点迹测量噪声初始化非线性滤波器噪声矩阵；
识别获取当前点迹的测距模式并根据该测距模式更新非线性滤波器噪声矩阵；
根据更新后的非线性滤波器噪声矩阵更新非线性滤波器增益矩阵；
根据更新后的非线性滤波器增益矩阵获取不同测距模式下获取的点迹的状态量，将该状态量更新至航迹中，从而得到新的航迹。
7.根据权利要求6所述的雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法，其特征在于，初始化非线性滤波器噪声矩阵具体为：
初始化点迹的测量值的测量误差方差；
所述点迹的测量值的初始根据获取该点迹的不同测距模式的精度和分辨率设置。
8.根据权利要求7所述的雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法，其特征在于，所述非线性滤波器噪声矩阵通过以下公式初始化：
Figure FDA0004151592280000021
Figure FDA0004151592280000022
其中，
Figure FDA0004151592280000023
表示t时刻状态量的预测值，/>
Figure FDA0004151592280000024
表示t-1时刻状态量的滤波值，A表示状态转移矩阵，B表示控制矩阵，ut-1表示t-1时刻控制量，/>
Figure FDA0004151592280000025
表示协方差矩阵，Q表示状态转移协方差矩阵。
9.根据权利要求8所述的雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法，其特征在于，远测距模式和近测距模式下的非线性滤波器增益矩阵分别通过以下公式获取：
Figure FDA0004151592280000026
Figure FDA0004151592280000027
Figure FDA0004151592280000028
Figure FDA0004151592280000029
其中，K1t表示远测距模式下的非线性滤波器增益矩阵，K2t表示近测距模式下的非线性滤波器增益矩阵，
Figure FDA00041515922800000210
表示协方差矩阵，H表示量测转换矩阵，Rfar表示远测距模式下的测量噪声，Rnear表示近测距模式下的测量噪声，/>
Figure FDA00041515922800000211
表示t时刻状态量的滤波值，/>
Figure FDA00041515922800000212
表示t时刻状态量的预测值，t表示测量量，/>
Figure FDA00041515922800000213
表示测量量和预测量的残差。
10.根据权利要求7所述的雷达远近交替测距模式下航迹跟踪优化方法，其特征在于，状态量包括点迹的位置分量、速度分量、加速度分量。
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