CN113050054B - 基于径向速度和平均速度的虚假航迹剔除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于径向速度和平均速度的虚假航迹剔除方法，主要解决现有技术中复杂环境下虚假航迹剔除效果并不显著、计算量大的问题。本发明实现的步骤是：1)获得径向速度；2)剔除临时航迹中的虚假航迹；3)剔除稳态航迹中的虚假航迹。本发明具有能够在复杂环境下有效剔除虚假航迹、对航迹实时剔除的优点，减少了对真实目标的干扰，提高了复杂环境下航迹的质量。

Description

基于径向速度和平均速度的虚假航迹剔除方法

技术领域

本发明属于雷达技术领域，更进一步涉及雷达目标跟踪技术领域中的一种基于径向速度和平均速度的虚假航迹剔除方法。本发明通过实时获取雷达信号处理后的点迹信息，实现对虚假航迹的剔除。

背景技术

虚假航迹是指在复杂环境下，每个周期都可能出现大量的点迹，雷达信号处理端除了上报真实目标点迹外还会上报许多杂波的点迹，按照常规处理方法，雷达数据处理端将不能与系统航迹关联的点迹用来生成新建航迹，即为虚假航迹。虚假航迹剔除是对这些虚假航迹进行剔除，减少虚假航迹的产生，提高航迹的质量。

西安电子科技大学在其申请的专利文献“一种基于多维量测信息的航迹起始方法”(申请号201910537792.9，申请公布号：CN 110297222A，申请日期2019.06.20)中提出了一种基于多维量测信息的航迹起始方法。该方法的具体步骤是：获取不同扫描周期的量测点迹集；将初始扫描周期的点迹集建立临时航迹；在非初始扫描周期，利用点迹的多普勒信息计算多普勒速度；利用多普勒速度信息与逻辑法进行点迹集与临时航迹集的匹配；判断临时航迹是否匹配成功，若匹配成功，更新该临时航迹信息；对满足点迹个数要求的临时航迹利用点迹的幅度信息建立航迹质量约束条件，实施筛选，进行航迹起始。本发明的航迹起始方法在杂波剩余较多的情况下，通过多普勒维和幅度维的两维约束，可实现目标航迹的正常起始，减少虚假航迹的产生。该方法存在的不足是，在复杂环境及多目标环境下，点迹的幅度信息不足以用来区分目标，用幅度信息对虚假航迹的剔除效果并不显著。

大连海事大学在其申请的专利文献“一种基于网格聚类的多假设多目标航迹起始方法”(申请号202010962977.7，申请公布号：CN 112098992A，申请日期2020.09.14)中提出了一种基于网格聚类的多假设多目标航迹起始方法。该方法的具体步骤是：获取点迹集并映射到网格中；确定当前高密度网格的边界点；基于高密度网格的边界点形成点迹簇；对每个点迹簇进行聚类处理生成聚簇；建立聚簇内的目标和量测的关联假设；根据计算得到的假设概率获取最优假设，并计算航迹得分并按从高到低的顺序进行排序，通过回溯删除低分航迹，从而确认航迹生成，并更新其目标状态估计。该方法存在的不足是，该方法基于的多假设跟踪算法所需的计算和存储资源会随着量测数和跟踪步数的增长呈指数增加，无法实现对航迹的实时剔除。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于径向速度和平均速度的虚假航迹剔除方法，旨在解决现有技术虚假航迹剔除方法中存在的计算量大和虚假航迹剔除效果不显著的问题。

实现本发明目的的思路是，本发明先利用当前航迹与当前航迹的下一个雷达扫描周期中点迹的径向速度及雷达扫描周期得到理论径向距离值，再利用当前航迹与当前航迹的下一个雷达扫描周期中点迹的径向距离及雷达扫描周期得到实际径向距离值，选取理论径向距离值与实际径向距离值差值的绝对值最小的点迹作为最优点，利用每个最优点与其相对应的航迹的平均速度，实现对虚假航迹的剔除。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

(1)获得径向速度：

将每个雷达扫描周期接收的点迹中的多普勒通道号转换为该点迹的径向速度；

(2)剔除临时航迹中的虚假航迹：

(2a)计算当前每个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的理论径向距离值：

其中，△R_ij表示当前第i个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中第j个点迹的理论径向距离值，ν_i表示当前第i个临时航迹的径向速度，i＝1,2，……30，ν_j表示下一个雷达扫描周期中第j个点迹的径向速度，j＝1,2，……30，T表示雷达扫描周期的时间长度；

(2b)利用△R′_ij＝r_j-r_i公式，计算当前每个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的实际径向距离值；其中，△R′_ij表示当前第i个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中第j个点迹的实际径向距离值，r_i表示当前第i个临时航迹的径向距离，r_j表示当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中第j个点迹的径向距离；

(2c)利用△R″_ij＝|△R′_ij-△R_ij|公式，计算当前每个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的理论径向距离值与其实际径向距离值之差值的绝对值；其中，△R″_ij表示当前第i个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中第j个点迹的理论径向距离值与其实际径向距离值之差值的绝对值；若该绝对值小于门限值，认为第j个点迹和第i个临时航迹是同一个目标，从多个满足门限值的点迹中选取△R″_ij最小的第j个点迹作为第i个临时航迹的最优点；

(2d)利用平均速度公式，计算每个最优点与其相对应的临时航迹的平均速度，保存每个临时航迹的平均速度；

(2e)用每个最优点更新与其相对应的临时航迹，更新后的临时航迹仍为临时航迹；

(2f)判断是否完成了三次临时航迹的更新，若是，则执行步骤(2g)，否则，将更新后的临时航迹设为当前临时航迹后执行步骤(2a)；

(2g)删除所保存的三个平均速度均小于门限值的临时航迹，将删除后其余的每个临时航迹均设为稳态航迹；

(3)剔除稳态航迹中的虚假航迹：

(3a)按照下式，计算每个稳态航迹分别与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的理论径向距离值：

其中，△R_mn表示第m个稳态航迹与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中第n个点迹的理论径向距离值，ν_m表示第m个稳态航迹的径向速度，ν_n表示当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中第n个点迹的径向速度；

(3b)利用△R′_mn＝r_n-r_m公式，计算当前每个稳态航迹与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的实际径向距离值；其中，△R′_mn表示当前第m个稳态航迹与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中第n个点迹的实际径向距离值，r_m表示当前第m个稳态航迹的径向距离，r_n表示当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中第n个点迹的径向距离；

(3c)利用△R″_mn＝|△R′_mn-△R_mn|公式，计算当前每个稳态航迹与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的理论径向距离值与其实际径向距离值之差值的绝对值；其中，△R″_mn表示当前第m个稳态航迹与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中第n个点迹的理论径向距离值与其实际径向距离值之差值的绝对值；若该绝对值小于门限值，认为第n个点迹和第m个稳态航迹是同一个目标，从多个满足门限值的点迹中选取△R″_mn最小的第n个点迹作为第m个稳态航迹的最优点；

(3d)利用平均速度公式，计算每个最优点与其相对应的稳态航迹的平均速度，利用滑窗法保存及更新每个稳态航迹的平均速度，只保留每个稳态航迹最近三次更新的平均速度，将每个稳态航迹中存储的平均速度中最早保存的平均速度删掉，再将计算出的平均速度保存在对应的稳态航迹中；

(3e)用每个最优点更新与其相对应的稳态航迹；

(3f)删除所保存的三个平均速度均小于门限值的稳态航迹，其他未被删除的稳态航迹设为当前稳态航迹后执行(3a)。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

第一，由于本发明删除所保存的三个平均速度均小于门限值的航迹，通过选取当前每个航迹与当前航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的理论径向距离值与实际径向距离值之差的绝对值最小的点迹作为最优点，保存最优点与其对应航迹的平均速度，克服了现有技术中复杂环境下虚假航迹剔除效果并不显著的问题，使得本发明具有能够在复杂环境下有效剔除虚假航迹的优点。

第二，由于本发明利用

公式计算当前每个航迹与当前航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的理论径向距离值，通过利用理论径向距离值与实际径向距离之差值来减少虚假航迹的产生，克服了现有技术中计算量大的问题，使得本发明具有能够对航迹实时剔除的优点。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

参照附图1，本发明的实现的具体步骤做进一步的描述。

步骤1，获得径向速度。

将每个雷达扫描周期接收的点迹中的多普勒通道号转换为该点迹的径向速度。

根据下式，计算雷达探测的最大不模糊速度v₂v₃：

其中，c₀表示光速，PRF表示雷达发射脉冲的重复频率，f₀表示雷达载频。

利用下式，计算每个点迹的径向速度：

其中，ν_i表示第i个点迹的径向速度，d_i表示第i个点迹的多普勒通道号，d_max表示多普勒通道号的最大值。

步骤2，剔除临时航迹中的虚假航迹。

第一步，计算当前每个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的理论径向距离值：

其中，△R_ij表示当前第i个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中第j个点迹的理论径向距离值，ν_i表示当前第i个临时航迹的径向速度，i＝1,2，……30，ν_j表示下一个雷达扫描周期中第j个点迹的径向速度，j＝1,2，……30，T表示雷达扫描周期的时间长度。

第二步，利用△R′_ij＝r_j-r_i公式，计算当前每个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的实际径向距离值；其中，△R′_ij表示当前第i个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中第j个点迹的实际径向距离值，r_i表示当前第i个临时航迹的径向距离，r_j表示当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中第j个点迹的径向距离。

第三步，利用△R″_ij＝|△R′_ij-△R_ij|公式，计算当前每个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的理论径向距离值与其实际径向距离值之差值的绝对值；其中，△R″_ij表示当前第i个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中第j个点迹的理论径向距离值与其实际径向距离值之差值的绝对值；若该绝对值小于门限值，认为第j个点迹和第i个临时航迹是同一个目标，从多个满足门限值的点迹中选取△R″_ij最小的第j个点迹作为第i个临时航迹的最优点。

第四步，利用平均速度公式，计算每个最优点与其相对应的临时航迹的平均速度，保存每个临时航迹的平均速度；所述的平均速度计算公式如下：

其中，ν_ij表示第i个临时航迹和与其对应的第j个最优点的平均速度，R_i表示第i个临时航迹的径向距离，cos表示余弦运算，θ_i表示第i个临时航迹的方位角，R_j表示第i个临时航迹对应的第j个最优点的径向距离，θ_j表示第i个临时航迹对应的第j个最优点的方位角。

第五步，用每个最优点更新与其相对应的临时航迹，更新后的临时航迹仍为临时航迹。

第六步，判断是否完成了三次临时航迹的更新，若是，则执行本步骤的第七步，否则，将更新后的临时航迹设为当前临时航迹后执行本步骤的第一步。

第七步，删除所保存的三个平均速度均小于门限值的临时航迹，将删除后其余的每个临时航迹均设为稳态航迹。

步骤3，剔除稳态航迹中的虚假航迹。

第一步，按照下式，计算每个稳态航迹分别与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的理论径向距离值：

其中，△R_mn表示第m个稳态航迹与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中第n个点迹的理论径向距离值，ν_m表示第m个稳态航迹的径向速度，ν_n表示当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中第n个点迹的径向速度。

第二步，利用△R′_mn＝r_n-r_m公式，计算当前每个稳态航迹与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的实际径向距离值；其中，△R′_mn表示当前第m个稳态航迹与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中第n个点迹的实际径向距离值，r_m表示当前第m个稳态航迹的径向距离，r_n表示当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中第n个点迹的径向距离。

第三步，利用△R″_mn＝|△R′_mn-△R_mn|公式，计算当前每个稳态航迹与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的理论径向距离值与其实际径向距离值之差值的绝对值；其中，△R″_mn表示当前第m个稳态航迹与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中第n个点迹的理论径向距离值与其实际径向距离值之差值的绝对值；若该绝对值小于门限值，认为第n个点迹和第m个稳态航迹是同一个目标，从多个满足门限值的点迹中选取△R″_mn最小的第n个点迹作为第m个稳态航迹的最优点。

第四步，利用平均速度公式，计算每个最优点与其相对应的稳态航迹的平均速度，利用滑窗法保存及更新每个稳态航迹的平均速度，只保留每个稳态航迹最近三次更新的平均速度，将每个稳态航迹中存储的平均速度中最早保存的平均速度删掉，再将计算出的平均速度保存在对应的稳态航迹中。

所述的平均速度计算公式如下：

其中，ν_mn表示第m个稳态航迹和与其对应的第n个最优点的平均速度，R_m表示第m个稳态航迹的径向距离，sin表示余弦运算，θ_m表示第m个稳态航迹的方位角，R_n表示第m个稳态航迹对应的第n个最优点的径向距离，θ_n表示第m个稳态航迹对应的第n个最优点的方位角。

第五步，用每个最优点更新与其相对应的稳态航迹。

第六步，删除所保存的三个平均速度均小于门限值的稳态航迹，其他未被删除的稳态航迹设为当前稳态航迹后执行本步骤的第一步。

下面将结合实施例对本发明作进一步的描述。

本发明的实施例不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

实施条件：在有较多高楼的城市复杂环境下，实现对低空慢速小目标的跟踪。

实施过程：将每个雷达扫描周期中的每个点迹的多普勒通道号转为径向速度，并将接收到的第一个雷达扫描周期的每个点迹均设为临时航迹。

将第二个雷达扫描周期的点迹与临时航迹进行关联，先从所有临时航迹中选取一个临时航迹，再依次从所有点迹中选取一个点迹与该临时航迹进行关联，计算该临时航迹与该点迹的理论径向距离值和实际径向距离值，理论上，若该点迹和临时航迹来自于同一个目标，这两个值应较为接近，因此，判断这两个值差值的绝对值是否小于门限值，若小于门限值，认为该点迹和该临时航迹是同一个目标，在本实施例中该门限值设为3。

当所有点迹都和该临时航迹关联后，选取最优点，计算平均速度并保存到临时航迹中，用该最优点更新该临时航迹，更新后的临时航迹仍为临时航迹，用同样的方法更新其他临时航迹。

更新完所有临时航迹后，再对下一个雷达扫描周期的点迹与临时航迹进行同样的关联处理。

处理第四个雷达扫描周期的点迹时，每个临时航迹与第四个雷达扫描周期的所有点迹处理后，更新每个临时航迹的状态，若该临时航迹保存的三个平均速度的值都小于门限值，认为该临时航迹为虚假航迹，删除该临时航迹，否则，将该临时航迹转为稳态航迹，在本实施例中该门限值设为0.5。

稳态航迹与第五个雷达扫描周期的点迹进行关联，从所有稳态航迹中选取一个稳态航迹，再依次从所有点迹中选取一个点迹与该稳态航迹进行关联，计算该稳态航迹与该点迹的理论径向距离值和实际径向距离差值，判断这两个值差值的绝对值是否小于门限值，若小于门限值，认为该点迹和该稳态航迹是同一个目标，在本实施例中该门限值设为5。

稳态航迹与所有点迹关联后，选取稳态航迹的最优点，计算平均速度。利用滑窗法保存及更新每个稳态航迹的平均速度，只保留每个稳态航迹最近三次更新的平均速度，由于刚转为稳态航迹时已经保存了三个平均速度，设该稳态航迹保存的三个平均速度分别为v₁、v₂、v₃，因此，每次对稳态航迹更新时，要将稳态航迹中存储的平均速度中最早保存的平均速度v₁的值删掉，将v₂的值赋给v₁，将v₃的值赋给v₂，再将计算出的平均速度赋给v₃，然后判断每个稳态航迹保存的三个平均速度是否都小于门限值，若都小于门限值，则删除该稳态航迹，否则，继续对稳态航迹与下一个雷达扫描周期的点迹用同样的方法进行更新，在本实施例中该门限值设为0.5。

Claims (3)

1.一种基于径向速度和平均速度的虚假航迹剔除方法，其特征在于，利用点迹的径向速度与雷达扫描周期计算其理论距离改变量与实际距离改变量，确定点迹与航迹的关联，通过计算航迹一个雷达扫描周期内的平均速度实现对虚假航迹的剔除，该方法的具体步骤包括：

(1)获得径向速度：

将每个雷达扫描周期接收的点迹中的多普勒通道号转换为该点迹的径向速度；

(2)剔除临时航迹中的虚假航迹：

(2a)计算当前每个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的理论径向距离值：

其中，ΔR_ij表示当前第i个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中第j个点迹的理论径向距离值，ν_i表示当前第i个临时航迹的径向速度，i＝1,2，……30，ν_j表示下一个雷达扫描周期中第j个点迹的径向速度，j＝1,2，……30，T表示雷达扫描周期的时间长度；

(2b)利用ΔR′_ij＝r_j-r_i公式，计算当前每个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的实际径向距离值；其中，ΔR′_ij表示当前第i个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中第j个点迹的实际径向距离值，r_i表示当前第i个临时航迹的径向距离，r_j表示当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中第j个点迹的径向距离；

(2c)利用ΔR″_ij＝|ΔR′_ij-ΔR_ij|公式，计算当前每个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的理论径向距离值与其实际径向距离值之差值的绝对值；其中，ΔR″_ij表示当前第i个临时航迹与当前临时航迹的下一个雷达扫描周期中第j个点迹的理论径向距离值与其实际径向距离值之差值的绝对值；若该绝对值小于门限值，认为第j个点迹和第i个临时航迹是同一个目标，从多个满足门限值的点迹中选取ΔR″_ij最小的第j个点迹作为第i个临时航迹的最优点；

(2d)利用平均速度公式，计算每个最优点与其相对应的临时航迹的平均速度，保存每个临时航迹的平均速度；

(2e)用每个最优点更新与其相对应的临时航迹，更新后的临时航迹仍为临时航迹；

(2f)判断是否完成了三次临时航迹的更新，若是，则执行步骤(2g)，否则，将更新后的临时航迹设为当前临时航迹后执行步骤(2a)；

(2g)删除所保存的三个平均速度均小于门限值的临时航迹，将删除后其余的每个临时航迹均设为稳态航迹；

(3)剔除稳态航迹中的虚假航迹：

(3a)按照下式，计算每个稳态航迹分别与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的理论径向距离值：

其中，ΔR_mn表示第m个稳态航迹与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中第n个点迹的理论径向距离值，ν_m表示第m个稳态航迹的径向速度，ν_n表示当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中第n个点迹的径向速度；

(3b)利用ΔR′_mn＝r_n-r_m公式，计算当前每个稳态航迹与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的实际径向距离值；其中，ΔR′_mn表示当前第m个稳态航迹与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中第n个点迹的实际径向距离值，r_m表示当前第m个稳态航迹的径向距离，r_n表示当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中第n个点迹的径向距离；

(3c)利用ΔR″_mn＝|ΔR′_mn-ΔR_mn|公式，计算当前每个稳态航迹与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中每个点迹的理论径向距离值与其实际径向距离值之差值的绝对值；其中，ΔR″_mn表示当前第m个稳态航迹与当前稳态航迹的下一个雷达扫描周期中第n个点迹的理论径向距离值与其实际径向距离值之差值的绝对值；若该绝对值小于门限值，认为第n个点迹和第m个稳态航迹是同一个目标，从多个满足门限值的点迹中选取ΔR″_mn最小的第n个点迹作为第m个稳态航迹的最优点；

(3d)利用平均速度公式，计算每个最优点与其相对应的稳态航迹的平均速度，利用滑窗法保存及更新每个稳态航迹的平均速度，只保留每个稳态航迹最近三次更新的平均速度，将每个稳态航迹中存储的平均速度中最早保存的平均速度删掉，再将计算出的平均速度保存在对应的稳态航迹中；

(3e)用每个最优点更新与其相对应的稳态航迹；

(3f)删除所保存的三个平均速度均小于门限值的稳态航迹，其他未被删除的稳态航迹设为当前稳态航迹后执行(3a)。

2.根据权利要求1所述的基于径向速度和平均速度的虚假航迹剔除方法，其特征在于，步骤(2d)中所述的平均速度计算公式如下：

其中，ν_ij表示第i个临时航迹和与其对应的第j个最优点的平均速度，R_i表示第i个临时航迹的径向距离，cos表示余弦运算，θ_i表示第i个临时航迹的方位角，R_j表示第i个临时航迹对应的第j个最优点的径向距离，θ_j表示第i个临时航迹对应的第j个最优点的方位角。

3.根据权利要求1所述的基于径向速度和平均速度的虚假航迹剔除方法，其特征在于，步骤(3d)中所述的平均速度计算公式如下：

其中，ν_mn表示第m个稳态航迹和与其对应的第n个最优点的平均速度，R_m表示第m个稳态航迹的径向距离，sin表示余弦运算，θ_m表示第m个稳态航迹的方位角，R_n表示第m个稳态航迹对应的第n个最优点的径向距离，θ_n表示第m个稳态航迹对应的第n个最优点的方位角。

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