CN111751815B - 一种基于距离微分的虚假航迹剔除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于距离微分的虚假航迹剔除方法，解决复杂环境下的航迹的高虚警概率和高误告警律的问题，该方法是在原有经典处理算法的基础上增加了航迹距离微分多普勒速度和一次点迹多普勒速度一致性统计判别处理，不仅大幅降低了虚警概率，而且保证了对真实目标的有效跟踪。与现有技术相比，具有以下优点：采用统计方法而不是实时判断，避免了偶尔一次多普勒速度跳变造成航迹跟踪失败的问题；该方法采用计算航迹多普勒和点迹多普勒滤波器通道号差值，避免了航迹多普勒速度和点迹多普勒速度存在模糊，提高了相关正确性；较之传统的处理方法，该方法可大幅降低航迹虚警概率，经测试，虚假航迹数可降低1个数量级，效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及雷达信息处理技术领域，具体涉及一种基于距离微分的虚假航迹剔除方法。
背景技术
对于一般传统雷达，在航迹处理过程中通常利用回波的距离、方位、俯仰(或高度)信息对目标进行跟踪，当外界环境复杂时，由于存在大量的虚假点迹剩余，不仅会产生许多的虚假航迹，而且极易造成航迹关联错误，造成航迹跟踪等问题。
然而，传统的点迹滤波技术难以实现雷达对复杂多变的空间环境中航迹目标点迹的精细化处理。
有学者提出了航管雷达的精细化点迹处理方法，例如，《雷达科学与技术》近期公开发表了一篇名为“航管一次雷达精细化点迹处理设计与实现”的文章，其主要方法是对雷达回波信号进行脉压、动目标检测(MTD)滤波、恒虚警率检测，然后对检测出的可疑点迹进行点迹凝聚和四级点迹滤波，最后将满足条件的点迹送给终端。该方法的亮点在于点迹滤波部分采用了分级有针对性地清除不同类型的虚假点迹，获得一定的点迹滤除效果，但是从最终的处理结果来看，剩余的点迹质量还有待进一步提高，同时这种多级滤波的策略增加了真实目标点迹被判为虚假点迹的可能性，造成虚警概率提高。
因此，有必要挖掘更多的信息(点迹多普勒速度)，并将这些信息在航迹处理中综合运用，大幅度剔除虚假点迹，可有效降低复杂环境下的航迹虚警概率和误告警。
发明内容
针对上述技术背景中的问题，本发明的目的在于提供一种虚假航迹剔除方法，解决复杂环境下的航迹的高虚警概率和高误告警率的问题，该方法是在原有经典处理算法的基础上增加了航迹距离微分多普勒速度和一次点迹多普勒速度一致性统计判别处理，不仅大幅降低了虚警概率，而且保证了对真实目标的有效跟踪，是一种有效的虚假航迹剔除方法。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于距离微分的虚假航迹剔除方法，具体包括如下步骤：
1)估计点迹到来时刻航迹预测位置：
根据上时刻航迹滤波值和关联一次点迹，将航迹预测至关联点迹对应时刻：
其中，Δt是点迹到来时刻与上一次航迹滤波时刻的时间差值；
[xp yp zp]T为航迹预测值；
[xs ys zs]T为航迹滤波值；
[xv yv zv]T为航迹滤波速度；
[xa ya za]T为航迹滤波加速度。
2)获取点迹到来时刻航迹距离微分：
利用航迹预测值，通过距离微分求取航迹在此时刻的航迹径向速度Rv；
3)获取航迹多普勒和点迹多普勒滤波器通道号差值ΔNf：
由于航迹多普勒速度和点迹多普勒速度存在模糊，本次以滤波器通道号进行比较，则可以避免速度模糊，具体如下：
a)计算航迹多普勒速度Fd
其中，C为光速，f为雷达使用频率；
b)计算航迹对应的多普勒通道号NTrack
NTrack＝mod(Fd·PRI·n，n) 式-4；
其中，PRI为脉冲重复周期，n为积累点数，Fd为航迹多普勒速度；
c)计算航迹多普勒和点迹多普勒滤波器通道号差值ΔNf
ΔNf＝NTrack-NDot 式-5；
其中，NDot为点迹对应多普勒通道号，NTrack为计算出的航迹多普勒通道号。
4)更新ΔNf序列的均值和方差：
第n+1个时刻的ΔNf样本表示为xn，第n时刻得到的均值为AVEn，方差为VARn，则n+1时刻的均值更新公式：
方差更新公式：
5)判断航迹真伪：
当ΔNf样本点大于n个时，启动航迹真伪判断，由于真实航迹的多普勒滤波器通道号比较的均值和方差较小，所以若AVEn+1＜minAVEn且VARn+1＜minVARn，此时航迹的认为是真实航迹，完成输出上报；若条件不满足，此时返回第一步等待后续样本点进行处理判断。
优选的，步骤1)中所述上时刻航迹滤波值包括位置滤波、速度滤波与滤波更新时刻信息。
优选的，步骤5)中所述n个取5个。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)采用统计方法而不是实时判断，避免了偶尔一次多普勒速度跳变造成航迹跟踪失败的问题；
2)该方法采用计算航迹多普勒和点迹多普勒滤波器通道号差值，避免了航迹多普勒速度和点迹多普勒速度存在模糊，提高了相关正确性；
3)较之传统的处理方法，该方法可大幅降低航迹虚警概率，经测试，虚假航迹数可降低1个数量级，效果明显。
具体实施方式
以下结合本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
一种基于距离微分的虚假航迹剔除方法，具体包括如下步骤：
1)估计点迹到来时刻航迹预测位置：
根据上时刻航迹滤波值(位置滤波、速度滤波与滤波更新时刻)和关联一次点迹，将航迹预测至关联点迹对应时刻：
其中，Δt是点迹到来时刻与上一次航迹滤波时刻的时间差值；
[xp yp zp]T为航迹预测值；
[xs ys zs]T为航迹滤波值；
[xv yv zv]T为航迹滤波速度；
[xa ya za]T为航迹滤波加速度。
2)获取点迹到来时刻航迹距离微分：
利用航迹预测值，通过距离微分求取航迹在此时刻的航迹径向速度Rv；
3)获取航迹多普勒和点迹多普勒滤波器通道号差值ΔNf：
由于航迹多普勒速度和点迹多普勒速度存在模糊，本次以滤波器通道号进行比较，则可以避免速度模糊，具体如下：
d)计算航迹多普勒速度Fd
其中，C为光速，f为雷达使用频率；
e)计算航迹对应的多普勒通道号NTrack
NTrack＝mod(Fd·PRI·n，n) 式-4；
其中，PRI为脉冲重复周期，n为积累点数，Fd为航迹多普勒速度；
f)计算航迹多普勒和点迹多普勒滤波器通道号差值ΔNf
ΔNf＝NTrack-NDot 式-5；
其中，NDot为点迹对应多普勒通道号，NTrack为计算出的航迹多普勒通道号。
4)更新ΔNf序列的均值和方差：
第n+1个时刻的ΔNf样本表示为xn，第n时刻得到的均值为AVEn，方差为VARn，则n+1时刻的均值更新公式：
方差更新公式：
5)判断航迹真伪：
当ΔNf样本点大于n个(取5个)时，启动航迹真伪判断，由于真实航迹的多普勒滤波器通道号比较的均值和方差较小，所以若AVEn+1<minAVEn且VARn+1<minVARn，此时航迹的认为是真实航迹，完成输出上报；若条件不满足，此时返回第一步等待后续样本点进行处理判断。
与现有技术相比，本发明采用统计方法而不是实时判断，避免了偶尔一次多普勒速度跳变造成航迹跟踪失败的问题；该方法采用计算航迹多普勒和点迹多普勒滤波器通道号差值，避免了航迹多普勒速度和点迹多普勒速度存在模糊，提高了相关正确性；较之传统的处理方法，该方法可大幅降低航迹虚警概率，经测试，虚假航迹数可降低1个数量级，效果明显。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (3)
1.一种基于距离微分的虚假航迹剔除方法，其特征在于，具体方法包括如下步骤：
1)估计点迹到来时刻航迹预测位置：
根据上一次航迹滤波时刻航迹滤波值和一次关联点迹，将航迹预测至关联点迹到来时刻：
其中，Δt是点迹到来时刻与上一次航迹滤波时刻的时间差值；
[xp yp zp]T为航迹预测值；
[xs ys zs]T为航迹滤波值；
[xv yv zv]T为航迹滤波速度；
[xa ya za]T为航迹滤波加速度；
2)获取点迹到来时刻航迹距离微分：
利用航迹预测值，通过距离微分求取航迹在此时刻的航迹径向速度Rv；
3)获取航迹多普勒和点迹多普勒滤波器通道号差值ΔNf：
由于航迹多普勒速度和点迹多普勒速度存在模糊，本次以滤波器通道号进行比较，避免速度模糊，具体如下：
a)计算航迹多普勒速度Fd
其中，C为光速，f为雷达使用频率；
b)计算航迹对应的多普勒通道号NTrack
NTrack＝mod(Fd·PRI·n，n) 式-4；
其中，PRI为脉冲重复周期，n为积累点数，Fd为航迹多普勒速度；
c)计算航迹多普勒和点迹多普勒滤波器通道号差值ΔNf
ΔNf＝NTrack-NDot 式-5；
其中，NDot为点迹对应多普勒通道号，NTrack为计算出的航迹多普勒通道号；
4)更新ΔNf序列的均值和方差：
第n+1个时刻的ΔNf样本表示为xn，第n时刻得到的均值为AVEn，方差为VARn，则n+1时刻的均值更新公式：
方差更新公式：
5)判断航迹真伪：
当ΔNf样本点大于n个时，启动航迹真伪判断，由于真实航迹的多普勒滤波器通道号比较的均值和方差较小，所以若AVEn+1<minAVEn且VARn+1<minVARn，此时航迹的认为是真实航迹，完成输出上报；若条件不满足，此时返回第一步等待后续样本点进行处理判断。
2.根据权利要求1所述的一种基于距离微分的虚假航迹剔除方法，其特征在于，步骤1)中所述上一次航迹滤波时刻航迹滤波值包括位置滤波、速度滤波与滤波更新时刻信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于距离微分的虚假航迹剔除方法，其特征在于，步骤5)中所述n个取5个。
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