CN112946626A - 一种机载相控阵雷达航迹关联方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机载相控阵雷达航迹关联方法，属于雷达航迹跟踪技术领域，包括以下步骤：S1：关联步骤划分；S2：径向速度门限判断；S3：门限交叉判断；S4：航迹续接。本发明通过提高航迹关联的可靠性和实时性，提升了机载相控阵雷达的航迹跟踪质量，尤其是在平台运动、跟踪目标数量多、环境杂波强的情况下；在多种坐标系下进行关联门限交叉判断，即利用目标运动特性进行门限判断，又避免了雷达量测方位与量测距离误差的耦合，同时不损失多普勒精度；当目标失跟时，对失跟航迹与新起始航迹进行航迹续接，既快速锁定失跟目标，又降低了短航迹数量，提高了航迹连续性和航迹维持时间。

Description

一种机载相控阵雷达航迹关联方法

技术领域

本发明涉及雷达航迹跟踪技术领域，具体涉及一种机载相控阵雷达航迹关联方法。

背景技术

机载相控阵雷达常用于机载预警和火控雷达领域。把雷达传感器置于空中平台，雷达的距离覆盖范围不会受到地球曲率、自然或人为障碍物的限制，同地基雷达相比，机载雷达的低空覆盖范围十分可观，可以探测几百公里甚至上千公里范围内的目标。相控阵雷达具有波束扫描灵活、快速、可控的空间功率分配和时间资源分配的特点，可以同时完成大范围搜索和对多个目标的精密跟踪。机载相控阵雷达相对地基雷达的缺点是受平台载重限制，雷达威力远小于地基雷达。同时机载雷达平视或下视探测，地杂波强度大，因此探测概率低、虚假目标多。综上所述，机载相控阵雷达常常需要在高虚警率的环境下跟踪几百批甚至几千批目标，航迹关联性能至关重要。

现有的机载相控阵雷达关联算法一般沿用地面方法，提前选择一个固定的地面位置作为雷达的虚拟位置，将雷达测量数据转换到以此虚拟位置为坐标中心的坐标系下进行关联判断。此方法在转换过程中导致距离和方位维度的测量数据耦合，损失了测量精度，同时丢失了目标的位置和径向速度之间的物理关系。

机载雷达由于探测范围广、目标多、杂波强、探测概率低，相比地基雷达在关联过程中更容易误关联，导致目标跟踪错误，严重影响雷达情报质量。为提高雷达情报质量，需要采用新的关联判断方法，以提高正确关联概率；另一方面当目标丢失时，需要在重新探测到目标后，尽快锁定目标；复杂的运算必然导致计算负载大，而机载雷达受平台限制，计算资源有限，同时对优化计算性能提出了新的要求。为此，提出一种机载相控阵雷达航迹关联方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有的机载相控阵雷达关联算法在使用过程中存在的问题，提供了一种机载相控阵雷达航迹关联方法，可以实现机载运动平台下的目标关联判断，适用于运动平台下PD体制、跟踪目标数量多、杂波环境强时的目标关联。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：

S1：关联步骤划分

将航迹关联划分为粗关联和细关联两步，其中，粗关联进行简单门限判断，细关联进行精细门限判断；

S2：径向速度门限判断

利用PD雷达的多普勒特性，通过径向速度及径向速度与径向距离、载机速度三者之间的物理关系进行门限判断；

S3：门限交叉判断

在不同坐标系下进行关联门限交叉判断，坐标系包括以运动的雷达载机为坐标中心的平台惯性坐标系、以地面固定位置为虚拟坐标中心的地面惯性坐标系；

S4：航迹续接

目标失跟后，有新航迹出现时，进行航迹续接判断，根据判断结果对失跟航迹与新起始航迹进行航迹续接。

更进一步地，在所述步骤S1中，探测获得的新点迹与目标航迹先进行粗关联门限判断，在粗关联门限范围内的，先进行状态预测和坐标变换，再进入细关联进行精细关联判断，关联判断过程中有一个条件不满足即认为点迹与航迹关联失败。

更进一步地，在所述步骤S1中，粗关联过程中用直接测量获得的信息判断点迹与航迹的关联性，直接测量获得的信息包括距离、方位和径向速度；粗关联成功后，计算目标径向速度的估计值，进入细关联判断；细关联判断在不同坐标系下进行关联门限交叉判断。

更进一步地，计算目标径向速度的估计值的方式包括两种，分别为不需要坐标变换的目标径向速度计算方法和需要坐标变换的目标径向速度计算方法；

不需要坐标变换的目标径向速度计算方式如下：

根据新点迹测量时刻的载机惯导速度，利用下式1计算载机在目标方向的速度投影Da，利用下式2计算新点迹测量时刻径向速度的估计值Dp：

Da＝Vx*cos(Cp)+Vy*sin(Cp) (1)

Dp＝(r–r1)/(t1-t)–Da (2)

其中，Vx为载机在x坐标轴方向的速度，Vy为载机在y坐标轴方向的速度，Cp为新点迹方位，r为新点迹距离，r1为航迹最近更新点迹的距离，t为点迹测量时间，t1为航迹最近更新点迹的测量时间；

需要坐标变换的目标径向速度计算方式如下：

将航迹最近更新点位置转换到以新点迹测量时刻的载机位置为坐标中心的平台惯性坐标系下，获得航迹最近更新点在新的平台惯性坐标系下的极坐标距离；

由以下公式获得径向速度的估计值：

Dp＝(r2-r)/(t–t1) (3)

其中，r2为点迹在新的平台惯性坐标系下的极坐标距离，r为新点迹距离，t为点迹测量时间，t1为航迹最近更新点迹的测量时间。

更进一步地，在所述步骤S2中，径向速度门限判断包括两个维度的多普勒特性比较，分别为比较测量获得的点迹径向速度与航迹径向速度的偏差是否在门限范围内、比较测量获得的点迹径向速度与径向速度的估计值的偏差是否在门限范围内。

更进一步地，在所述步骤S3中，进行关联门限交叉判断前需要先进行坐标变换，然后再根据坐标变换值计算门限并判断。

更进一步地，坐标变换具体包括以下过程：

S301：将航迹包含的历史点迹位置转换到以新点迹获得时刻载机位置为坐标中心的平台惯性坐标系下，获得新平台惯性坐标系下的距离、方位角，计算新点迹与航迹在新平台惯性坐标系下的距离变化率和方位角变化率，计算航迹在新平台惯性坐标系下的历史距离变化率和方位角变化率；

S302：根据航迹的状态信息预测航迹在新点迹测量时刻的状态，包括位置、航速和航向，预测在地面惯性坐标系下进行；

S303：获得预测状态后，将预测状态转换到以新点迹获得时刻载机位置为中心的平台惯性坐标系下，并计算在此平台惯性坐标系下的目标距离、方位；

S304：将新点迹测量位置转换到地面惯性坐标系下，获得地面惯性坐标系下的位置参数。

更进一步地，关联门限交叉判断中具体判断过程如下：

S311：利用PD雷达的多普勒特性和径向速度、径向距离与载机速度三者之间的关系进行径向速度门限判断，判断测量获得的新点迹径向速度与径向速度的估计值偏差、新点迹与航迹的径向速度偏差、径向速度偏差变化率是否在门限范围内；

S312：判断预测的目标距离、方位与新点迹的距离、方位角是否在门限范围内；

S313：判断新点迹与航迹最近更新点在新平台惯性坐标系下的距离变化率和方位角变化率与航迹的历史距离变化率、方位角变化率是否在门限范围内；

S314：判断新点迹与航迹最近更新点在新平台惯性坐标系下的距离变化率和方位角变化率与航迹的历史距离变化率、方位角变化率是否在门限范围内；

S315：判断新点迹与航迹最近更新点迹之间的航速、航向和加速度与航迹的航速、航向和加速度的预测值是否在门限范围内。

更进一步地，在所述步骤S4中，航迹续接判断分为三个阶段，具体如下：

S41：对旧航迹与新航迹进行粗关联；

S42：对粗关联成功的旧航迹与新航迹进行预测，预测时间为旧航迹最近更新时间与新航迹第一帧点迹测量时间的中间时刻；

S43：对新、旧航迹的预测位置和状态进行细关联门限判断。

更进一步地，在所述步骤S42中，预测计算内容如下：

预测旧航迹状态，预测在地面惯性坐标系下进行，预测内容包括X坐标值、Y坐标值、X方向变化率、Y方向变化率；

预测新航迹状态，预测在地面惯性坐标系下进行，预测内容包括X坐标值、Y坐标值、X方向变化率、Y方向变化率；

预测旧航迹测量值，将地面惯性坐标系下的旧航迹预测状态转换到以预测时刻载机位置为坐标中心的平台惯性坐标系下，预测内容包括距离、方位角；

预测新航迹测量值，将地面惯性坐标系下的新航迹预测状态转换到以预测时刻载机位置为坐标中心的平台惯性坐标系下，预测内容包括距离、方位角和径向速度。

本发明相比现有技术具有以下优点：该机载相控阵雷达航迹关联方法，通过提高航迹关联的可靠性和实时性，提升了机载相控阵雷达的航迹跟踪质量，尤其是在平台运动、跟踪目标数量多、环境杂波强的情况下。该方法将航迹关联划分为粗关联和细关联两步，粗关联进行计算量小的简单判断，细关联进行计算量大的精细判断，符合粗关联准则的关联对象才继续进行细关联，降低了关联判断的计算负担，提高了航迹跟踪的实时性；判断径向速度时，既比较两关联对象之间的径向速度值，同时将载机速度引入关联判断中，判断径向速度、径向距离与载机速度三者之间的关系门限，提高了关联的正确率；在包括以运动的雷达载机实时位置为坐标中心的实变坐标系(简称平台惯性坐标系)、以地面虚拟中心为坐标中心的固定坐标系(简称地面惯性坐标系)等多种坐标系下进行关联门限交叉判断，即利用目标运动特性进行门限判断，又避免了雷达量测方位与量测距离误差的耦合，同时不损失多普勒精度；当目标失跟时，对失跟航迹与新起始航迹进行航迹续接，既快速锁定失跟目标，又降低了短航迹数量，提高了航迹连续性和航迹维持时间。

附图说明

图1是本发明实施例二中机载相控阵雷达航迹关联方法的工作流程图；

图2是本发明实施例二中载机与探测目标位置的关系示意图；

图3是本发明实施例二中粗关联与细关联项目划分示意图；

图4是本发明实施例二中径向速度门限判断流程图；

图5是本发明实施例二中航迹续接流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

本实施例提供一种机载相控阵雷达航迹关联方法，包括以下步骤：

将航迹关联划分为粗关联和细关联，粗关联进行简单关联判断成功后，再进入细关联进行精细关联判断；

利用PD雷达的多普勒特性，通过关联对象的径向速度之间及径向速度与径向距离、载机速度三者之间的物理关系进行关联判断；

在不同坐标系下进行关联门限交叉判断，包括以雷达载机的实时位置为坐标中心的平台惯性坐标系、以地面虚拟中心为坐标中心的地面惯性坐标系，对不同坐标系下的门限误差进行综合判断；

目标失跟后，有新航迹出现时，先对新起始航迹与失跟目标航迹进行航迹续接，续接成功后将两航迹合并，续接不成功的作为新目标上报。

以下详细描述本实施例。

本发明是一种机载相控阵雷达航迹关联方法。该方法将航迹关联分为粗关联和细关联两步，粗关联不进行坐标变换，只进行简单门限判断，粗关联成功后，再进入细关联，在细关联过程中进行复杂的坐标变换和精细门限计算及综合判断；关联判断过程中，在不同坐标系下进行关联门限交叉判断，包括以雷达载机实时位置为坐标中心的实时变化的平台惯性坐标系、以地面虚拟中心为坐标中心的地面惯性坐标系，关联过程中目标测量位置和预测位置参数在不同点迹时刻的平台惯性坐标系及地面惯性坐标系之间相互转换；利用PD雷达的径向速度测量精度较高，同时目标径向速度与载机在目标方向的径向速度之和等于载机与目标之间径向距离变化率的特性计算目标径向速度，将目标径向速度的测量值与目标径向速度的计算值的误差作为重要的门限参数，进一步提高关联判断可靠性；目标失跟后，有新航迹出现时，对失跟目标航迹和新航迹进行状态预测，根据失跟航迹的预测状态与新起始航迹的状态的相似性判断新旧航迹是否属于同一目标，确认新航迹不是失跟目标后再作为新目标起始，否则将新航迹与旧航迹合并。

步骤1：将航迹关联划分为粗关联和细关联，粗关联进行简单关联判断成功后，再进入细关联进行精细关联判断。

机载雷达探测获得的目标测量位置是目标与运动的雷达之间的实时相对位置，相对位置变化表示的是目标和雷达载机的相对位置变化。一般将目标简化为点目标，对目标的每一次有效探测获得目标的一个点迹，航迹为点迹按时间形成的序列。雷达获得的目标探测位置信息包括目标与雷达载机的相对距离、相对方位和目标径向速度，称为点迹距离、点迹方位和点迹径向速度。航迹与点迹关联成功后，用点迹信息更新航迹，同时对航迹进行滤波，获得点迹测量时刻的航迹位置(包括距离、方位、X坐标位置、Y坐标位置等)、径向速度等信息。

航迹关联过程划分为粗关联和细关联两步，测量获得的新点迹与目标航迹在粗关联门限范围内的，先进行状态预测和坐标变换，再进入细关联进行精细关联判断，关联判断过程中有一个条件不满足即认为点迹与航迹关联失败。

在粗关联过程中主要用现有信息判断点迹与航迹的关联性，主要包括相对距离差、相对方位差、径向速度差、相对距离变化率、相对方位变化率、径向速度变化率等是否在门限范围内。

其中，相对距离差＝点迹距离-航迹距离，相对方位差＝点迹方位-航迹方位，径向速度差＝点迹径向速度-航迹径向速度，相对距离变化率＝相对距离差/时间差，相对方位变化率＝相对方位差/时间差，径向速度变化率＝径向速度差/时间差。

粗关联成功后，进行细关联判断。细关联判断在多种坐标系下进行关联门限交叉判断，先进行坐标变换及参数计算，再进行门限综合判断。包括以运动的雷达载机为坐标中心的实时变化的坐标系(平台惯性坐标系)、以地面中心站为坐标中心的固定坐标系(地面惯性坐标系)下。

具体的，对目标的运动速度、运动方向的判断在以地面中心站为坐标中心的地面惯性坐标系下进行，而对目标极坐标下关联门限的判断在以载机位置为坐标中心的平台惯性坐标系下进行，同时由于载机位置实时变化，需要将目标航迹位置实时外推到以新点迹测量时刻载机位置为坐标中心的平台惯性坐标系下。

步骤2：利用PD雷达的多普勒特性和径向速度、径向距离与载机速度三者之间的关系进行径向速度门限判断。PD雷达量测获得的高精度的目标径向速度是目标速度在目标方向的投影，同时径向速度又等于目标的实时径向距离变化率，前者直接测量得到，后者在已知目标测量前后时刻的径向距离和载机速度后可以估算。针对机载PD雷达，因为目标杂波强、虚警率高，应该将目标多普勒特性作为重要的判断信息。

具体的，目标径向速度的计算有不需要坐标变换的计算和需要坐标变换的计算两种方法。

(1)、不需要坐标变换的目标径向速度计算方法如下：

根据新点迹测量时刻的载机惯导速度，由公式1计算载机在目标方向的速度投影Da，由公式2计算新点迹测量时刻径向速度的估计值Dp：

Da＝Vx*cos(Cp)+Vy*sin(Cp) (公式1)

Dp＝(r–r1)/(t1-t)–Da (公式2)

其中，Vx为载机在x坐标轴方向的速度，Vy为载机在y坐标轴方向的速度，Cp为新点迹方位，r为新点迹距离，r1为航迹最近更新点迹的距离，t为点迹测量时间，t1为航迹最近更新点迹的测量时间。

(2)、需要坐标变换的目标径向速度计算方法如下：

(a)、将航迹最近更新点位置转换到以新点迹测量时刻的载机位置为坐标中心的平台惯性坐标系下，获得航迹最近更新点在新的平台惯性坐标系下的极坐标距离；

(b)、由以下公式获得径向速度的估计值Dp：

Dp＝(r2-r)/(t–t1) (公式3)

其中，r2为点迹在新的平台惯性坐标系下的极坐标距离，r为新点迹距离，t为点迹测量时间，t1为航迹最近更新点迹的测量时间。

实际使用时根据载机惯导信息的测量精度和载机机动状态选择上述两种径向速度计算方法之一。一般的，载机速度和偏航角变化较小时选择不需要坐标变换的计算方法以减少运算量；载机速度或偏航角变化较大时选择需要坐标变换的计算方法，以提高准确度；也可以两种方法同时采用，对两种方法的计算结果分别判断。

具体说，利用PD雷达的多普勒特性和径向速度、径向距离与载机速度三者之间的关系进行径向速度门限判断，包括两个维度的多普勒特性比较：

(1)、比较测量获得的新点迹径向速度与航迹径向速度的偏差是否在门限范围内。

(2)、比较测量获得的新点迹径向速度与径向速度的估计值的偏差是否在门限范围内。

步骤3、在多种坐标系下进行细关联门限交叉判断。细关联需要先进行坐标变换，根据坐标变换值计算门限并判断。

坐标变换具体包括以下过程：

(1)、将航迹包含的历史点迹位置转换到以新点迹获得时刻载机位置为坐标中心的平台惯性坐标系下，获得新平台惯性坐标系下的距离、方位角，计算新点迹与航迹在新平台惯性坐标系下的距离变化率和方位角变化率，计算航迹在新平台惯性坐标系下的历史距离变化率和方位角变化率；

(2)、根据航迹的状态信息预测航迹在新点迹测量时刻的状态，包括位置、航速和航向，预测在地面惯性坐标系下进行；(航迹预测状态一般根据滤波器滤波结果获得)

(3)、获得预测状态后，将预测状态转换到以新点迹获得时刻载机位置为中心的平台惯性坐标系下，并计算在此平台惯性坐标系下的目标距离、方位；

(4)、将新点迹测量位置转换到地面惯性坐标系下，获得地面惯性坐标系下的位置参数。

细关联具体判断流程如下：

(1)、利用PD雷达的多普勒特性和径向速度、径向距离与载机速度三者之间的关系进行径向速度门限判断，判断测量获得的新点迹径向速度与径向速度的估计值偏差、新点迹与航迹的径向速度偏差、径向速度偏差变化率是否在门限范围内，具体实现方法见后文；

(2)、判断预测的目标距离、方位与新点迹的距离、方位角是否在门限范围内；

(3)、判断新点迹与航迹最近更新点在新平台惯性坐标系下的距离变化率和方位角变化率与航迹的历史距离变化率、方位角变化率是否在门限范围内；

(4)、获取新点迹和航迹最近更新点的地面惯性坐标系下的位置，计算新点迹与航迹最近更新点迹之间的航速、航向和加速度；

(5)、判断新点迹与航迹最近更新点迹之间的航速、航向和加速度与航迹的航速、航向和加速度的预测值是否在门限范围内。

步骤4、目标跟踪丢失后，有新航迹出现时，对失跟目标的航迹与新起始航迹进行航迹续接。航迹续接判断过程类似于新点迹与航迹的关联判断，区别是外推时刻不同，同时比较航速、航向和航速、航向变化率等参数时，比较的对象是旧航迹的预测值与新航迹的预测值之间的差值是否在门限范围内。

具体判断方法主要包括：

(1)、对旧航迹与新航迹进行粗关联；

(2)、粗关联成功的旧航迹与新航迹分别进行外推，外推到旧航迹最近更新时间与新航迹第一帧点迹测量时间的中间时刻；

(3)、对外推后新旧航迹的预测位置和状态进行门限判断。

具体的，对旧航迹与新航迹进行粗关联，粗关联判断以下项目：

(11)、旧航迹的最近更新点迹与新航迹的第一帧点迹的时间差值是否在门限范围内；

(12)、旧航迹的最近更新点迹与新航迹的第一帧点迹的测量方位是否在门限范围内，此门限设置主要考虑目标相对载机切向运动时的相对速度大小；

(13)、判断旧航迹的最近更新点与新航迹的第一帧点迹的测量距离是否在门限范围内，此门限设置主要考虑目标相对载机径向运动时的相对速度大小；

(14)、判断旧航迹的最近更新点与新航迹的第一帧点迹的径向速度测量值是否在门限范围内，此门限设置主要考虑观测对象的速度范围。

粗关联成功的旧航迹与新航迹进行外推，分别外推到旧航迹最近更新时间与新航迹第一帧点迹测量时间的中间时刻，具体外推计算内容包括：

(21)、预测旧航迹状态，预测在地面惯性坐标系下进行，预测内容包括X坐标值、Y坐标值、X方向变化率、Y方向变化率；

(22)、预测新航迹状态，预测在地面惯性坐标系下进行，预测内容包括X坐标值、Y坐标值、X方向变化率、Y方向变化率；

(23)、预测旧航迹测量值，将地面惯性坐标系下的旧航迹预测状态转换到以预测时刻载机位置为坐标中心的平台惯性坐标系下，预测内容包括距离、方位角；

(24)、预测新航迹测量值，将地面惯性坐标系下的新航迹预测状态转换到以预测时刻载机位置为坐标中心的平台惯性坐标系下，预测内容包括距离、方位角和径向速度；

对新、旧航迹的预测位置和状态进行门限判断，主要通过以下步骤：

(31)、比较新航迹与旧航迹的预测距离、预测方位与预测径向速度的偏差和偏差的变化率是否在门限范围内；

(32)、根据新、旧航迹的预测状态，计算新、旧航迹在预测时刻的航速、航向，比较新、旧航迹的预测航速、航向偏差和偏差的变化率是否在门限范围内；

(33)、用旧航迹的最近更新点和新航迹的第一帧点迹估计新旧航迹交叠过程中的径向速度，判断径向速度的估计值与新、旧航迹的径向速度差值及差值的变化率是否在门限范围内。

实施例二

图1为本实施例的机载相控阵雷达航迹关联方法的工作流程图。航迹关联判断时对所有新点迹与航迹一一进行关联判断，关联成功后的新点迹与航迹作为候选配对，选择隶属度最高的点航配对为最终关联成功的点航迹。

航迹关联判断流程如下：

(1)、获取新点迹信息、航迹信息和载机惯导信息。获取一个新点迹和一个航迹的测量信息和新点迹测量时刻的载机惯导信息，惯导信息包括载机位置、速度和姿态信息。

(2)、新点迹与航迹进行粗关联判断。粗关联判断主要比较航迹信息中载机与目标的相对距离、方位和径向速度的测量值与新点迹信息中载机与目标的相对距离、方位和径向速度的测量值是否在门限范围内；不在门限范围内判断关联失败，在门限范围内，判断关联成功。

(3)、外推处理及坐标变换。新点迹与航迹进行粗关联判断成功后，先对航迹状态进行预测，获得地面惯性坐标系下航迹的预测位置、航速和航向。将新点迹位置转换到地面惯性坐标系下，计算新点迹与航迹最近更新点之间的航速、航向；通过坐标变换将航迹数据的历史点迹转换到以新点迹时刻载机位置为中心的平台惯性极坐标系下。

(4)、估计点迹径向速度。根据新点迹测量时刻的载机惯导速度和新点迹方位角，计算载机在目标方向的速度投影(参考公式1)；根据新点迹与航迹最近更新点的测量距离，计算点迹径向速度的估计值(参考公式2)。

(5)、新点迹与航迹进行细关联判断。在平台惯性极坐标系下比较新点迹与航迹预测值是否在预设的距离门限、方位门限、径向速度门限、距离变化率门限、方位变化率门限和径向速度变化率门限内；在地面惯性坐标系下比较新点迹与航迹之间的航速、航向误差是否在门限范围内；以上门限都在门限范围内判断关联成功，否则判断关联失败。

(6)、综合隶属度计算。新点迹与航迹细关联成功的，计算航迹的综合隶属度。对以上每项门限误差进行打分，获得单项隶属度，对单项隶属度求和获得综合隶属度。当多个新点迹竞争一个航迹或多个航迹竞争一个新点迹时，综合隶属度高的新点迹与航迹被优先选中。

图2是本实施例的载机与测量目标位置关系示意图。图中

为雷达载机，

为目标，雷达测量信息在以载机为中心的平台惯性坐标系下以极坐标的形式给出。其中以载机为中心的平台惯性坐标系即以载机质心为原点的北-西-天坐标系，X轴定义为地理指北针方向，Y轴与地球自转切线方向相反，Z轴从地心指向载机质心。图中r为测量距离，α为测量方位角，β为测量俯仰角。

图3是本实施例的粗关联与细关联项目划分示意图，如图3所示，其中，新点迹指的是待关联判断的测量点迹，航迹的时间和位置指的是航迹最近更新点迹的时间和位置。本实施例的粗关联与细关联项目划分如下：

粗关联时比较项目包括：

(1)、新点迹与航迹的时间间隔；

(2)、新点迹与航迹的相对距离差；

(3)、新点迹与航迹的相对方位差；

(4)、新点迹与航迹的径向速度差；

(5)、新点迹与航迹的相对距离变化率；

(6)、新点迹与航迹的径向速度变化率。

细关联时比较项目包括：

(1)、径向速度估计值与径向速度测量值的误差；

(2)、径向速度估计值与测量值的误差变化率；

(3)、新平台惯性坐标系下的距离变化率；

(4)、新平台惯性坐标系下的方位角变化率；

(5)、地面惯性坐标系下航速；

(6)、地面惯性坐标系下航向；

(7)、地面惯性坐标系下加速度。

图4是本实施例的径向速度门限判断流程图。判断过程中先计算目标径向速度的估计值，再进行判断，具体执行流程如下：

(1)、获取载机惯导数据。

(2)、计算载机速度在目标方向的投影。

(3)、采用公式1和公式2计算径向速度的估计值Dp1。

(4)、获取新点迹径向速度的测量值Dp，判断Dp1与Dp的误差是否在门限范围内，不在门限范围内，判断关联失败，否则进入下一步判断。

(5)、采用公式3计算径向速度的估计值Dp2，判断Dp2与Dp的误差是否在门限范围内，不在门限范围内，判断关联失败，否则进入下一步判断。

(6)、获取航迹径向速度的预测值Dt。

(7)、判断Dp与Dt的误差是否在门限范围内，不在门限范围内，判断关联失败，否则判断径向速度关联成功。

图5是本实施例的航迹续接的工作流程图。关联判断时对机动目标的关联判断和对非机动目标的关联判断可以根据需要采用不同的门限区分。航迹续接判断也可以划分为3个阶段，包括：对旧航迹与新航迹进行粗关联；粗关联成功的旧航迹与新航迹进行预测，预测时间为旧航迹最近更新时间与新航迹第一帧点迹测量时间的中间时刻；新、旧航迹的预测位置和状态进行细关联门限判断。

旧航迹与新航迹进行粗关联判断流程如下：

(1)、判断旧航迹的最近更新点与新航迹的第一帧点迹时间差值是否在门限范围内；

(2)、判断旧航迹的最近更新点与新航迹的第一帧点迹的方位测量值是否在门限范围内，此门限设置主要考虑目标相对载机切向运动时的相对速度最大值；

(3)、判断旧航迹的最近更新点与新航迹的第一帧点迹的距离测量值是否在门限范围内，此门限设置主要考虑目标相对载机径向运动时的相对速度最大值；

(4)、判断旧航迹的最近更新点与新航迹的第一帧点迹的径向速度测量值是否在门限范围内，此门限设置主要考虑观测对象的速度范围。

粗关联成功后，进行旧航迹与新航迹的位置预测，预测流程如下：

(5)、预测新航迹状态，预测时间为旧航迹最近更新时间与新航迹第一帧点迹测量时间的中间时刻，预测在地面惯性坐标系下进行，预测内容包括X坐标值、Y坐标值、X方向变化率、Y方向变化率；

(6)、预测旧航迹状态，预测时间同上，预测在地面惯性坐标系下进行，预测内容包括X坐标值、Y坐标值、X方向变化率、Y方向变化率；

(7)、预测新航迹测量值，预测时间同上，将地面惯性坐标系下的新航迹预测状态转换到平台惯性坐标系下，预测内容包括距离、方位和径向速度；

(8)、预测旧航迹测量值，预测时间同上，将地面惯性坐标系下的旧航迹预测状态转换到平台惯性坐标系下，预测内容包括距离、方位、和径向速度。

新、旧航迹的预测位置和状态进行细关联门限判断流程如下：

(1)、比较新航迹与旧航迹的预测距离、预测方位与预测径向速度是否在门限范围内；

(2)、用旧航迹的最后一帧点迹和新航迹的第一帧点迹的极坐标距离计算新旧航迹交叠过程径向速度的估计值，判断径向速度的估计值与新旧航迹预测径向速度的平均值否在门限范围内；

(3)、判断新、旧航迹预测的航速、航向和加速度差是否在门限范围内；

(4)、关联成功，计算新、旧航迹的综合隶属度；

(5)、综合隶属度在门限范围内，判断航迹续接成功，否则，判断续接失败。

综上所述，上述实施例的机载相控阵雷达航迹关联方法，通过提高航迹关联的可靠性和实时性，提升了机载相控阵雷达的航迹跟踪质量，尤其是在平台运动、跟踪目标数量多、环境杂波强的情况下。该方法将航迹关联划分为粗关联和细关联两步，粗关联进行计算量小的简单判断，细关联进行计算量大的精细判断，符合粗关联准则的关联对象才继续进行细关联，降低了关联判断的计算负担，提高了航迹跟踪的实时性；判断径向速度时，既比较两关联对象之间的径向速度值，同时将载机速度引入关联判断中，判断径向速度、径向距离与载机速度三者之间的关系门限，提高了关联的正确率；在包括以运动的雷达载机实时位置为坐标中心的实变坐标系(简称平台惯性坐标系)、以地面虚拟中心为坐标中心的固定坐标系(简称地面惯性坐标系)等多种坐标系下进行关联门限交叉判断，即利用目标运动特性进行门限判断，又避免了雷达量测方位与量测距离误差的耦合，同时不损失多普勒精度；当目标失跟时，对失跟航迹与新起始航迹进行航迹续接，既快速锁定失跟目标，又降低了短航迹数量，提高了航迹连续性和航迹维持时间。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种机载相控阵雷达航迹关联方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：关联步骤划分

将航迹关联划分为粗关联和细关联两步，其中，粗关联进行简单门限判断，细关联进行精细门限判断；

S2：径向速度门限判断

利用PD雷达的多普勒特性，通过径向速度及径向速度与径向距离、载机速度三者之间的物理关系进行门限判断；

S3：门限交叉判断

在不同坐标系下进行关联门限交叉判断，坐标系包括以运动的雷达载机为坐标中心的平台惯性坐标系、以地面固定位置为虚拟坐标中心的地面惯性坐标系；

S4：航迹续接

目标失跟后，有新航迹出现时，进行航迹续接判断，根据判断结果对失跟航迹与新起始航迹进行航迹续接。

2.根据权利要求1所述的一种机载相控阵雷达航迹关联方法，其特征在于：在所述步骤S1中，探测获得的新点迹与目标航迹先进行粗关联门限判断，在粗关联门限范围内的，先进行状态预测和坐标变换，再进入细关联进行精细关联判断，关联判断过程中有一个条件不满足即认为点迹与航迹关联失败。

3.根据权利要求2所述的一种机载相控阵雷达航迹关联方法，其特征在于：在所述步骤S1中，粗关联过程中用直接测量获得的信息判断点迹与航迹的关联性，直接测量获得的信息包括距离、方位和径向速度；粗关联成功后，计算目标径向速度的估计值，进入细关联判断；细关联判断在不同坐标系下进行关联门限交叉判断。

4.根据权利要求3所述的一种机载相控阵雷达航迹关联方法，其特征在于：计算目标径向速度的估计值的方式包括两种，分别为不需要坐标变换的目标径向速度计算方法和需要坐标变换的目标径向速度计算方法；

不需要坐标变换的目标径向速度计算方式如下：

根据新点迹测量时刻的载机惯导速度，利用下式1计算载机在目标方向的速度投影Da，利用下式2计算新点迹测量时刻径向速度的估计值Dp：

Da＝Vx*cos(Cp)+Vy*sin(Cp) (1)

Dp＝(r–r1)/(t1-t)–Da (2)

其中，Vx为载机在x坐标轴方向的速度，Vy为载机在y坐标轴方向的速度，Cp为新点迹方位，r为新点迹距离，r1为航迹最近更新点迹的距离，t为点迹测量时间，t1为航迹最近更新点迹的测量时间；

需要坐标变换的目标径向速度计算方式如下：

将航迹最近更新点位置转换到以新点迹测量时刻的载机位置为坐标中心的平台惯性坐标系下，获得航迹最近更新点在新的平台惯性坐标系下的极坐标距离；

由以下公式获得径向速度的估计值：

Dp＝(r2-r)/(t–t1) (3)

其中，r2为点迹在新的平台惯性坐标系下的极坐标距离，r为新点迹距离，t为点迹测量时间，t1为航迹最近更新点迹的测量时间。

5.根据权利要求1所述的一种机载相控阵雷达航迹关联方法，其特征在于：在所述步骤S2中，径向速度门限判断包括两个维度的多普勒特性比较，分别为比较测量获得的点迹径向速度与航迹径向速度的偏差是否在门限范围内、比较测量获得的点迹径向速度与径向速度的估计值的偏差是否在门限范围内。

6.根据权利要求1所述的一种机载相控阵雷达航迹关联方法，其特征在于：在所述步骤S3中，进行关联门限交叉判断前需要先进行坐标变换，然后再根据坐标变换值计算门限并判断。

7.根据权利要求6所述的一种机载相控阵雷达航迹关联方法，其特征在于：坐标变换具体包括以下过程：

S301：将航迹包含的历史点迹位置转换到以新点迹获得时刻载机位置为坐标中心的平台惯性坐标系下，获得新平台惯性坐标系下的距离、方位角，计算新点迹与航迹在新平台惯性坐标系下的距离变化率和方位角变化率，计算航迹在新平台惯性坐标系下的历史距离变化率和方位角变化率；

S302：根据航迹的状态信息预测航迹在新点迹测量时刻的状态，包括位置、航速和航向，预测在地面惯性坐标系下进行；

S303：获得预测状态后，将预测状态转换到以新点迹获得时刻载机位置为中心的平台惯性坐标系下，并计算在此平台惯性坐标系下的目标距离、方位；

S304：将新点迹测量位置转换到地面惯性坐标系下，获得地面惯性坐标系下的位置参数。

8.根据权利要求6所述的一种机载相控阵雷达航迹关联方法，其特征在于：关联门限交叉判断中具体判断过程如下：

S311：利用PD雷达的多普勒特性和径向速度、径向距离与载机速度三者之间的关系进行径向速度门限判断，判断测量获得的新点迹径向速度与径向速度的估计值偏差、新点迹与航迹的径向速度偏差、径向速度偏差变化率是否在门限范围内；

S312：判断预测的目标距离、方位与新点迹的距离、方位角是否在门限范围内；

S313：判断新点迹与航迹最近更新点在新平台惯性坐标系下的距离变化率和方位角变化率与航迹的历史距离变化率、方位角变化率是否在门限范围内；

S314：判断新点迹与航迹最近更新点在新平台惯性坐标系下的距离变化率和方位角变化率与航迹的历史距离变化率、方位角变化率是否在门限范围内；

S315：判断新点迹与航迹最近更新点迹之间的航速、航向和加速度与航迹的航速、航向和加速度的预测值是否在门限范围内。

9.根据权利要求1所述的一种机载相控阵雷达航迹关联方法，其特征在于：在所述步骤S4中，航迹续接判断分为三个阶段，具体如下：

S41：对旧航迹与新航迹进行粗关联；

S42：对粗关联成功的旧航迹与新航迹进行预测，预测时间为旧航迹最近更新时间与新航迹第一帧点迹测量时间的中间时刻；

S43：对新、旧航迹的预测位置和状态进行细关联门限判断。

10.根据权利要求9所述的一种机载相控阵雷达航迹关联方法，其特征在于：在所述步骤S42中，预测计算内容如下：

预测旧航迹状态，预测在地面惯性坐标系下进行，预测内容包括X坐标值、Y坐标值、X方向变化率、Y方向变化率；

预测新航迹状态，预测在地面惯性坐标系下进行，预测内容包括X坐标值、Y坐标值、X方向变化率、Y方向变化率；

预测旧航迹测量值，将地面惯性坐标系下的旧航迹预测状态转换到以预测时刻载机位置为坐标中心的平台惯性坐标系下，预测内容包括距离、方位角；

预测新航迹测量值，将地面惯性坐标系下的新航迹预测状态转换到以预测时刻载机位置为坐标中心的平台惯性坐标系下，预测内容包括距离、方位角和径向速度。

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