CN113534130A - 基于视线角度的多站雷达多目标数据关联方法 - Google Patents

基于视线角度的多站雷达多目标数据关联方法 Download PDF

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CN113534130A
CN113534130A CN202110811094.0A CN202110811094A CN113534130A CN 113534130 A CN113534130 A CN 113534130A CN 202110811094 A CN202110811094 A CN 202110811094A CN 113534130 A CN113534130 A CN 113534130A
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Abstract

本发明提出了一种基于视线角度的多站雷达多目标数据关联方法，实现步骤为：构建多站雷达系统的多目标关联场景；构建转换矩阵；获取每个雷达在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标；计算每个雷达接收的目标回波所在视线在大地直角坐标系ECEF下的方位角和俯仰角；计算每两个雷达的目标回波视线间的最小距离以及最小距离位置处雷达目标回波的波束宽度；信号融合中心获取多站雷达多目标关联结果。本发明利用目标回波视线的角度信息计算视线间的最小距离，通过最小距离与最近点处的波束宽度进行比较，解决了多站雷达多目标场景下，目标回波的关联问题，提升了目标数据关联的正确率。

Description

基于视线角度的多站雷达多目标数据关联方法
技术领域
本发明属于雷达技术领域，涉及一种多站雷达多目标数据关联方法，具体涉及一种基于视线角度的多站雷达多目标数据关联方法。
背景技术
雷达多目标数据关联是在多目标场景下，对雷达多个目标的量测信息进行划分归类，使得雷达能够准确地利用多个目标的量测信息完成对目标的定位和跟踪，因此，如果想要提升目标的定位和跟踪精度，能够完成正确的目标关联是必不可少的条件。
雷达多目标数据关联包括单站雷达多目标的数据关联和多站雷达多目标的数据关联。在单部雷达多目标场景下，若雷达为三坐标雷达，也就是可以测得目标相对雷达的方位角、俯仰角和距离三种信息，其可以通过估计目标在空间中的位置，然后使用最近邻法、概率数据关联法等数据关联方法来完成多目标的数据关联，但若雷达仅具有测角功能，如被动式雷达，其只能测得目标相对于雷达的方位角和俯仰角，在这种情况下，就无法通过估计目标在空间的位置来实现多目标的数据关联；在多站雷达多目标的场景下，需要充分利用各种冗余信息，完成对多目标的数据关联，多站雷达数据关联方法主要有最近邻法、概率数据关联法和基于量测数据的多站雷达多目标关联方法。
针对上述多站雷达多目标场景下的基于量测信息的数据关联研究，主要是针对单站雷达量测信息无法完成目标数据关联时，利用多站雷达冗余的量测信息来完成目标的数据关联与定位。例如，授权公告号为CN108061877B，名称为“一种基于角度信息的无源多站多目标测向交叉定位方法”的中国专利，公开了一种基于角度信息的无源多站多目标测向交叉定位方法，主要解决了现有技术在多站雷达多目标关联技术中，当单站雷达的量测信息无法完成目标定位时，如何利用多站雷达对目标的量测信息完成目标的数据关联。该方法首先采用多辐射源数据关联算法，将多个观测站的观测数据进行关联得到代价矩阵C，再根据获得的代价矩阵C，采用k-均值++聚类算法估计出目标坐标。该发明可以使用目标相对于观测站的角度量测来完成目标的数据关联，并最终估计出目标的位置，方法简单，效果良好，但是在基于角度来完成目标的数据关联的过程中，是通过将观测区域分割为一定范围的网格，每个网格中心代表观测区域内的一个位置坐标，然后通过计算每个网格中心相对于观测站的角度信息，再求得观测的目标角度信息与每个网格中心相对于观测站的角度信息的误差，得到代价矩阵C来完成目标的数据关联，这种方法在观测区域较大，目标分布较为密集的场景下，为提升运算速度，需要通过减少观测区域分割的个数以降低代价矩阵C的维数，这样会影响目标数据关联的准确率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于视线角度的多站雷达多目标数据关联方法，旨在提高多站雷达多目标场景下目标数据关联的准确性。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：
(1)构建多站雷达系统的多目标关联场景：
构建包括多站雷达系统和分布在三维空间中的M个目标T＝{T1,T2,···,Tm,···,TM}的多站雷达多目标关联场景，多站雷达系统包括信号融合中心和N个雷达Z＝{z1,z2,···,zn,···,zN}，zn在大地坐标系C下的位置坐标为usn＝(λsn,φsn,hsn)、天线的波束宽度为Bn，其中，M≥2,Tm表示第m个目标，N≥2，zn表示第n个雷达，λsn、φsn、hsn分别表示zn在大地坐标系C下的经度、纬度、高度；
(2)构建转换矩阵Q：
通过每个雷达zn在大地坐标系C下的经度λsn、纬度φsn构建转换矩阵Q：
Figure BDA0003168201960000021
(3)获取每个雷达zn在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标：
采用齐次坐标转换方法，将每个雷达zn在大地坐标系C下的位置坐标usn转换为在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugn＝(xgn,ygn,zgn)，其中，xgn、ygn、zgn分别表示雷达zn在大地直角坐标系ECEFX轴、Y轴、Z轴上的坐标；
(4)计算每个雷达zn接收目标Tm的回波
Figure BDA0003168201960000022
所在视线
Figure BDA0003168201960000023
在大地直角坐标系ECEF下的方位角
Figure BDA0003168201960000024
和俯仰角
Figure BDA0003168201960000025
(4a)获取极坐标系下每个雷达zn接收每个目标Tm的回波
Figure BDA0003168201960000026
所在视线
Figure BDA0003168201960000027
的方位角
Figure BDA0003168201960000028
和俯仰角
Figure BDA0003168201960000029
并利用方位角
Figure BDA00031682019600000210
和俯仰角
Figure BDA00031682019600000211
计算本地直角坐标系下视线
Figure BDA00031682019600000212
上一个点
Figure BDA0003168201960000031
的坐标
Figure BDA0003168201960000032
Figure BDA0003168201960000033
其中，
Figure BDA0003168201960000034
分别表示点
Figure BDA0003168201960000035
在本地直角坐标系X轴、Y轴、Z轴上的坐标；
(4b)采用齐次坐标转换方法，并通过每个雷达zn在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugn＝(xgn,ygn,zgn)以及转换矩阵Q，将每个雷达zn接收目标Tm的回波
Figure BDA0003168201960000036
所在视线
Figure BDA0003168201960000037
上点
Figure BDA0003168201960000038
的坐标
Figure BDA0003168201960000039
转换至大地直角坐标系ECEF下：
Figure BDA00031682019600000310
其中，
Figure BDA00031682019600000311
为点
Figure BDA00031682019600000312
在大地直角坐标系ECEF下X轴、Y轴、Z轴上的坐标；
(4c)根据大地直角坐标系ECEF下每个雷达zn接收目标Tm的回波
Figure BDA00031682019600000313
所在视线
Figure BDA00031682019600000314
点
Figure BDA00031682019600000315
的坐标
Figure BDA00031682019600000316
计算zn接收目标Tm的回波
Figure BDA00031682019600000317
所在视线
Figure BDA00031682019600000318
在大地直角坐标系ECEF下的方位角
Figure BDA00031682019600000319
和俯仰角
Figure BDA00031682019600000320
Figure BDA00031682019600000321
Figure BDA00031682019600000322
(5)计算每两个雷达的目标回波视线间的最小距离以及最小距离位置处雷达目标回波的波束宽度：
(5a)计算在大地直角坐标系ECEF下，每两个雷达za、zb接收目标Tc、Td的回波
Figure BDA00031682019600000323
Figure BDA00031682019600000324
所在视线
Figure BDA00031682019600000325
的方向向量
Figure BDA00031682019600000326
以及雷达za在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标uga指向雷达zb在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugb的向量
Figure BDA00031682019600000327
Figure BDA00031682019600000328
Figure BDA00031682019600000329
Figure BDA0003168201960000041
其中，
Figure BDA0003168201960000042
分别表示雷达za接收目标Tc的回波
Figure BDA0003168201960000043
所在视线
Figure BDA0003168201960000044
在大地直角坐标系ECEF下的方位角、俯仰角，
Figure BDA0003168201960000045
分别表示雷达zb接收目标Td的回波
Figure BDA0003168201960000046
所在视线
Figure BDA0003168201960000047
在大地直角坐标系ECEF下的方位角、俯仰角，a∈{1,2,···,n,···,N}，b∈{1,2,···,n,···,N}，且a≠b，c∈{1,2,···,m,···,M}，d∈{1,2,···,m,···,M}；
(5b)通过雷达za接收目标Tc的回波
Figure BDA0003168201960000048
所在视线
Figure BDA0003168201960000049
的方向向量
Figure BDA00031682019600000410
雷达zb接收目标Td的回波
Figure BDA00031682019600000411
所在视线
Figure BDA00031682019600000412
的方向向量
Figure BDA00031682019600000413
雷达za在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标uga指向雷达zb在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugb的向量
Figure BDA00031682019600000414
计算雷达za在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标uga距离视线
Figure BDA00031682019600000447
上距离
Figure BDA00031682019600000415
最近的点
Figure BDA00031682019600000416
之间的距离
Figure BDA00031682019600000417
以及雷达zb在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugb距离视线
Figure BDA00031682019600000418
上距离
Figure BDA00031682019600000419
最近的点
Figure BDA00031682019600000420
之间的距离
Figure BDA00031682019600000421
Figure BDA00031682019600000422
Figure BDA00031682019600000423
Figure BDA00031682019600000424
Figure BDA00031682019600000425
Figure BDA00031682019600000426
(5c)计算雷达za接收目标Tc的回波
Figure BDA00031682019600000427
所在视线
Figure BDA00031682019600000428
上距离
Figure BDA00031682019600000429
最近的点
Figure BDA00031682019600000430
的坐标
Figure BDA00031682019600000431
以及雷达zb接收目标Td的回波
Figure BDA00031682019600000432
所在视线
Figure BDA00031682019600000433
上距离
Figure BDA00031682019600000434
最近的点
Figure BDA00031682019600000435
的坐标
Figure BDA00031682019600000436
并根据
Figure BDA00031682019600000437
和
Figure BDA00031682019600000438
计算点
Figure BDA00031682019600000439
的坐标
Figure BDA00031682019600000440
指向点
Figure BDA00031682019600000441
的坐标
Figure BDA00031682019600000442
的向量
Figure BDA00031682019600000443
Figure BDA00031682019600000444
Figure BDA00031682019600000445
Figure BDA00031682019600000446
(5d)计算雷达za接收目标Tc的回波
Figure BDA0003168201960000051
所在视线
Figure BDA0003168201960000052
与雷达zb接收目标Td的回波
Figure BDA0003168201960000053
所在视线
Figure BDA0003168201960000054
之间的最小距离
Figure BDA0003168201960000055
雷达za接收目标Tc的回波
Figure BDA0003168201960000056
所在视线
Figure BDA0003168201960000057
上距离
Figure BDA0003168201960000058
最近的点
Figure BDA0003168201960000059
处目标回波
Figure BDA00031682019600000510
的波束宽度
Figure BDA00031682019600000511
以及雷达zb接收目标Td的回波
Figure BDA00031682019600000512
所在视线
Figure BDA00031682019600000513
上距离
Figure BDA00031682019600000514
最近的点
Figure BDA00031682019600000515
处目标回波
Figure BDA00031682019600000516
的波束宽度
Figure BDA00031682019600000517
Figure BDA00031682019600000518
Figure BDA00031682019600000519
Figure BDA00031682019600000520
其中，Ba、Bb分别表示雷达za、zb天线的波束宽度；
(6)信号融合中心获取多站雷达多目标关联结果：
信号融合中心判断
Figure BDA00031682019600000521
是否成立，若是，则雷达za接收目标Tc的回波
Figure BDA00031682019600000522
与雷达zb接收目标Td的回波
Figure BDA00031682019600000523
关联，输出
Figure BDA00031682019600000524
估计的目标位置坐标
Figure BDA00031682019600000525
否则，雷达za接收目标Tc的回波
Figure BDA00031682019600000526
与雷达zb接收目标Td的回波
Figure BDA00031682019600000527
不关联。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：在判断雷达回波视线是否相互关联
本发明信号融合中心获取多站雷达多目标关联结果的过程中，通过利用雷达目标回波视线的角度来计算目标回波视线间的最近点，然后计算出雷达目标回波视线间的最小距离，并利用最近点处的雷达目标回波的波束宽度来设置判决门限，然后通过比较目标回波视线间的最小距离与最近点处的雷达目标回波的波束宽度来完成目标回波的数据关联，在目标分布较为密集的场景下，不需要对观测区域进行分割，与现有技术相比，有效提高了目标关联的准确度。
附图说明
图1是本发明的实现流程图；
图2是本发明的大地直角坐标系ECEF下的雷达与目标的相互关系图；
图3是本发明与现有技术目标数据关联准确率的对比图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。
参照图1，本发明包括如下步骤：
步骤1)构建多站雷达系统的多目标关联场景：
构建包括多站雷达系统和分布在三维空间中的M个目标T＝{T1,T2,···,Tm,···,TM}的多站雷达多目标关联场景，多站雷达系统包括信号融合中心和N个雷达Z＝{z1,z2,···,zn,···,zN}，zn在大地坐标系C下的位置坐标为usn＝(λsn,φsn,hsn)、天线的波束宽度为Bn，其中，M≥2,Tm表示第m个目标，N≥2，zn表示第n个雷达，λsn、φsn、hsn分别表示zn在大地坐标系C下的经度、纬度、高度；
在本实施例中，目标个数M＝3，雷达个数N＝2。
步骤2)构建转换矩阵Q：
通过每个雷达zn在大地坐标系C下的经度λsn、纬度φsn构建转换矩阵Q：
Figure BDA0003168201960000061
其中，转换矩阵Q是用来完成将雷达的目标回波视线的角度从以雷达为中心的坐标系转换到以地球椭球质心为中心的坐标系。
步骤3)获取每个雷达zn在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标：
采用齐次坐标转换方法，将每个雷达zn在大地坐标系C下的位置坐标usn转换为在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugn＝(xgn,ygn,zgn)，其中，xgn、ygn、zgn分别表示雷达zn在大地直角坐标系ECEFX轴、Y轴、Z轴上的坐标，转换公式为：
Figure BDA0003168201960000062
Figure BDA0003168201960000063
Figure BDA0003168201960000064
其中，RN表示卯酉圈曲率半径，e表示地球的第一偏心率，a、b分别为地球参考椭球的长半径、短半径。
其中，地球椭球面上的一点的法线，可作无限个法截面，其中一个与该点子午面垂直的法截面同椭球面相截形成的闭合的圈称为卯酉圈。
步骤4)计算每个雷达zn接收目标Tm的回波
Figure BDA0003168201960000071
所在视线
Figure BDA0003168201960000072
在大地直角坐标系ECEF下的方位角
Figure BDA0003168201960000073
和俯仰角
Figure BDA0003168201960000074
(4a)获取极坐标系下每个雷达zn接收每个目标Tm的回波
Figure BDA0003168201960000075
所在视线
Figure BDA0003168201960000076
的方位角
Figure BDA0003168201960000077
和俯仰角
Figure BDA0003168201960000078
并利用方位角
Figure BDA0003168201960000079
和俯仰角
Figure BDA00031682019600000710
计算本地直角坐标系下视线
Figure BDA00031682019600000711
上一个点
Figure BDA00031682019600000712
的坐标
Figure BDA00031682019600000713
Figure BDA00031682019600000714
其中，
Figure BDA00031682019600000715
分别表示点
Figure BDA00031682019600000716
在本地直角坐标系X轴、Y轴、Z轴上的坐标；
(4b)采用齐次坐标转换方法，并通过每个雷达zn在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugn＝(xgn,ygn,zgn)以及转换矩阵Q，将每个雷达zn接收目标Tm的回波
Figure BDA00031682019600000717
所在视线
Figure BDA00031682019600000718
上点
Figure BDA00031682019600000719
的坐标
Figure BDA00031682019600000720
转换至大地直角坐标系ECEF下：
Figure BDA00031682019600000721
其中，
Figure BDA00031682019600000722
为点
Figure BDA00031682019600000723
在大地直角坐标系ECEFX轴、Y轴、Z轴上的坐标；
(4c)根据大地直角坐标系ECEF下每个雷达zn接收目标Tm的回波
Figure BDA00031682019600000724
所在视线
Figure BDA00031682019600000725
点
Figure BDA00031682019600000726
的坐标
Figure BDA00031682019600000727
计算zn接收目标Tm的回波
Figure BDA00031682019600000728
所在视线
Figure BDA00031682019600000729
在大地直角坐标系ECEF下的方位角
Figure BDA00031682019600000730
和俯仰角
Figure BDA00031682019600000731
Figure BDA00031682019600000732
Figure BDA0003168201960000081
其中，极坐标系是以雷达为坐标系原点，雷达在目标搜索和跟踪过程中，只能测到目标相对于雷达的方位角、俯仰角、距离信息，这些量测信息就是在极坐标系下的；本地直角坐标系是以雷达为坐标系原点，以通过坐标原点且指向天顶的法线为Z轴，以子午线方向为Y轴，X轴与Y轴、Z轴构成右手定律；大地坐标系是基于WGS-84椭球定义的，地球空间内任意一点都可以用经度、纬度和大地高度表示；大地直角坐标系其原点位于参考椭球的中心，Z轴与椭球的旋转轴一致，指向参考椭球的北极，X轴指向起始子午线平面和赤道的交点，Y轴位于赤道平面与X轴正交，形成90度角，如果参考椭球为WGS-84，则该坐标系为Earth-Centered-Earth-Fixed(ECEF)。
步骤5)计算每两个雷达的目标回波视线间的最小距离以及最小距离位置处雷达目标回波的波束宽度：
(5a)计算在大地直角坐标系ECEF下，每两个雷达za、zb接收目标Tc、Td的回波
Figure BDA0003168201960000082
Figure BDA0003168201960000083
所在视线
Figure BDA0003168201960000084
的方向向量
Figure BDA0003168201960000085
以及雷达za在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标uga指向雷达zb在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugb的向量
Figure BDA0003168201960000086
Figure BDA0003168201960000087
Figure BDA0003168201960000088
Figure BDA0003168201960000089
其中，
Figure BDA00031682019600000810
分别表示雷达za接收目标Tc的回波
Figure BDA00031682019600000811
所在视线
Figure BDA00031682019600000812
在大地直角坐标系ECEF下的方位角、俯仰角，
Figure BDA00031682019600000813
分别表示雷达zb接收目标Td的回波
Figure BDA00031682019600000814
所在视线
Figure BDA00031682019600000815
在大地直角坐标系ECEF下的方位角、俯仰角，a∈{1,2,···,n,···,N}，b∈{1,2,···,n,···,N}，且a≠b，c∈{1,2,···,m,···,M}，d∈{1,2,···,m,···,M}；
(5b)通过雷达za接收目标Tc的回波
Figure BDA00031682019600000816
所在视线
Figure BDA00031682019600000817
的方向向量
Figure BDA00031682019600000818
雷达zb接收目标Td的回波
Figure BDA00031682019600000819
所在视线
Figure BDA00031682019600000820
的方向向量
Figure BDA00031682019600000821
雷达za在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标uga指向雷达zb在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugb的向量
Figure BDA00031682019600000822
计算雷达za在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标uga距离视线
Figure BDA00031682019600000823
上距离
Figure BDA00031682019600000824
最近的点
Figure BDA00031682019600000825
之间的距离
Figure BDA00031682019600000826
以及雷达zb在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugb距离视线
Figure BDA0003168201960000091
上距离
Figure BDA0003168201960000092
最近的点
Figure BDA0003168201960000093
之间的距离
Figure BDA0003168201960000094
Figure BDA0003168201960000095
Figure BDA0003168201960000096
Figure BDA0003168201960000097
Figure BDA0003168201960000098
Figure BDA0003168201960000099
(5c)计算雷达za接收目标Tc的回波
Figure BDA00031682019600000910
所在视线
Figure BDA00031682019600000911
上距离
Figure BDA00031682019600000912
最近的点
Figure BDA00031682019600000913
的坐标
Figure BDA00031682019600000914
以及雷达zb接收目标Td的回波
Figure BDA00031682019600000915
所在视线
Figure BDA00031682019600000916
上距离
Figure BDA00031682019600000917
最近的点
Figure BDA00031682019600000918
的坐标
Figure BDA00031682019600000919
并根据
Figure BDA00031682019600000920
和
Figure BDA00031682019600000921
计算点
Figure BDA00031682019600000922
的坐标
Figure BDA00031682019600000923
指向点
Figure BDA00031682019600000924
的坐标
Figure BDA00031682019600000925
的向量
Figure BDA00031682019600000926
Figure BDA00031682019600000927
Figure BDA00031682019600000928
Figure BDA00031682019600000929
(5d)计算雷达za接收目标Tc的回波
Figure BDA00031682019600000930
所在视线
Figure BDA00031682019600000931
与雷达zb接收目标Td的回波
Figure BDA00031682019600000932
所在视线
Figure BDA00031682019600000933
之间的最小距离
Figure BDA00031682019600000934
雷达za接收目标Tc的回波
Figure BDA00031682019600000935
所在视线
Figure BDA00031682019600000936
上距离
Figure BDA00031682019600000937
最近的点
Figure BDA00031682019600000938
处目标回波
Figure BDA00031682019600000939
的波束宽度
Figure BDA00031682019600000940
以及雷达zb接收目标Td的回波
Figure BDA00031682019600000941
所在视线
Figure BDA00031682019600000942
上距离
Figure BDA00031682019600000943
最近的点
Figure BDA00031682019600000944
处目标回波
Figure BDA00031682019600000945
的波束宽度
Figure BDA00031682019600000946
Figure BDA00031682019600000947
Figure BDA00031682019600000948
Figure BDA00031682019600000949
其中，Ba、Bb分别表示雷达za、zb天线的波束宽度。
因为对于两条视线上距离最近的点
Figure BDA0003168201960000101
指向
Figure BDA0003168201960000102
的向量
Figure BDA0003168201960000103
为视线
Figure BDA0003168201960000104
和视线
Figure BDA0003168201960000105
的公垂向量，因此满足
Figure BDA0003168201960000106
将
Figure BDA0003168201960000107
带入上述两式，计算得到
Figure BDA0003168201960000108
和
Figure BDA0003168201960000109
并且最小距离
Figure BDA00031682019600001010
为向量
Figure BDA00031682019600001011
在公垂向量
Figure BDA00031682019600001012
上的投影。
步骤6)信号融合中心获取多站雷达多目标关联结果：
信号融合中心判断
Figure BDA00031682019600001013
是否成立，若是，则雷达za接收目标Tc的回波
Figure BDA00031682019600001014
与雷达zb接收目标Td的回波
Figure BDA00031682019600001015
关联，输出
Figure BDA00031682019600001016
估计的目标位置坐标
Figure BDA00031682019600001017
否则，雷达za接收目标Tc的回波
Figure BDA00031682019600001018
与雷达zb接收目标Td的回波
Figure BDA00031682019600001019
不关联。
因为，
Figure BDA00031682019600001020
与
Figure BDA00031682019600001021
间的最小距离
Figure BDA00031682019600001022
小于点
Figure BDA00031682019600001023
所在
Figure BDA00031682019600001024
处的目标回波波束宽度
Figure BDA00031682019600001025
与点
Figure BDA00031682019600001026
所在
Figure BDA00031682019600001027
处的目标回波波束宽度
Figure BDA00031682019600001028
和的一半时，点
Figure BDA00031682019600001029
处的目标回波与点
Figure BDA00031682019600001030
处的目标回波有重叠部分，因此雷达za接收的目标Tc回波
Figure BDA00031682019600001031
与雷达zb接收的目标Td回波
Figure BDA00031682019600001032
可能来自于同一个目标，其相互关联。
参照图2，在大地直角坐标系ECEF，雷达za的位置坐标为uga，雷达zb的位置坐标为ugb，其中目标Tm的位置为黑色五角星，雷达za、zb接收的目标Tm回波视线的方向向量分别为
Figure BDA00031682019600001033
雷达za、zb接收的目标Tm回波视线距离最近的点分别为
Figure BDA00031682019600001034
uga到
Figure BDA00031682019600001035
的距离、ugb到
Figure BDA00031682019600001036
的距离分别为
Figure BDA00031682019600001037
uga指向ugb的向量为
Figure BDA00031682019600001038
指向
Figure BDA00031682019600001039
的向量为
Figure BDA00031682019600001040
估计的目标位置为黑色三角形。
结合以下仿真实验，对本发明的技术效果作以说明。
1.仿真条件和内容：
仿真采用CPU为Inter酷睿i76500U，主频为2.50GHz，内存为8.0GB，64位操作系统和Microsoft windows 10专业版，MATLAB 2019仿真软件。
雷达个数N＝2，在大地坐标系C下z1的位置坐标为(120.1,20.005,9000)，z2的位置坐标为(119.89,19.89,9500)，z1、z2天线的波束宽度B1、B2均设为0.1度；目标个数M＝3，且三个目标间的距离相同，目标相对于雷达的方位角和俯仰角两个参数的测量误差服从零均值高斯分布，且高斯分布的标准差为0.02度，以2.5m为间隔将三个目标间的距离从25m增加至175m，设每次雷达对于每个目标均有5次量测，每次目标间的距离改变后，进行100次蒙特卡洛实验。
对本发明与现有的一种基于角度信息的无源多站多目标测向交叉定位方法目标数据关联的正确率进行对比仿真，其结果如图3所示。
2.仿真结果分析：
参照图3，x轴表示目标间的距离，单位为米，y轴表示目标数据关联的正确率，从图3可以看出，本发明在目标间的距离从25m变化到100m的过程中，目标数据关联的正确率从70％提高到了100％，此时现有的一种基于角度信息的无源多站多目标测向交叉定位方法的技术目标数据关联的正确率从20％提升到了50％，当目标间距离为100m时，本发明的目标数据关联的正确率为100％，而对比的现有技术此时目标数据关联的正确率仅为50％，并且目标间的距离在100m到150m的范围内时，本发明目标数据关联的正确率已经保持在100％，但相对比的现有技术的目标数据关联正确率仍然小于100％。
综上所述，本方法与现有技术相比，在目标的密集程度较高的条件下，提高了目标数据关联的正确率。

Claims (2)

1.一种基于视线角度的多站雷达多目标数据关联方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)构建多站雷达系统的多目标关联场景：
构建包括多站雷达系统和分布在三维空间中的M个目标T＝{T1,T2,…,Tm,…,TM}的多站雷达多目标关联场景，多站雷达系统包括信号融合中心和N个雷达Z＝{z1,z2,…,zn,…,zN}，zn在大地坐标系C下的位置坐标为usn＝(λsn,φsn,hsn)、天线的波束宽度为Bn，其中，M≥2,Tm表示第m个目标，N≥2，zn表示第n个雷达，λsn、φsn、hsn分别表示zn在大地坐标系C下的经度、纬度、高度；
(2)构建转换矩阵Q：
通过每个雷达zn在大地坐标系C下的经度λsn、纬度φsn构建转换矩阵Q：
Figure FDA0003168201950000011
(3)获取每个雷达zn在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标：
采用齐次坐标转换方法，将每个雷达zn在大地坐标系C下的位置坐标usn转换为在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugn＝(xgn,ygn,zgn)，其中，xgn、ygn、zgn分别表示雷达zn在大地直角坐标系ECEFX轴、Y轴、Z轴上的坐标；
(4)计算每个雷达zn接收目标Tm的回波
Figure FDA0003168201950000012
所在视线
Figure FDA0003168201950000013
在大地直角坐标系ECEF下的方位角
Figure FDA0003168201950000014
和俯仰角
Figure FDA0003168201950000015
(4a)获取极坐标系下每个雷达zn接收每个目标Tm的回波
Figure FDA0003168201950000016
所在视线
Figure FDA0003168201950000017
的方位角
Figure FDA0003168201950000018
和俯仰角
Figure FDA0003168201950000019
并利用方位角
Figure FDA00031682019500000110
和俯仰角
Figure FDA00031682019500000111
计算本地直角坐标系下视线
Figure FDA00031682019500000112
上一个点
Figure FDA00031682019500000113
的坐标
Figure FDA00031682019500000114
Figure FDA0003168201950000021
其中，
Figure FDA0003168201950000022
分别表示点
Figure FDA0003168201950000023
在本地直角坐标系X轴、Y轴、Z轴上的坐标；
(4b)采用齐次坐标转换方法，并通过每个雷达zn在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugn＝(xgn,ygn,zgn)以及转换矩阵Q，将每个雷达zn接收目标Tm的回波
Figure FDA0003168201950000024
所在视线
Figure FDA0003168201950000025
上点
Figure FDA0003168201950000026
的坐标
Figure FDA0003168201950000027
转换至大地直角坐标系ECEF下：
Figure FDA0003168201950000028
其中，
Figure FDA0003168201950000029
为点
Figure FDA00031682019500000210
在大地直角坐标系ECEF下X轴、Y轴、Z轴上的坐标；
(4c)根据大地直角坐标系ECEF下每个雷达zn接收目标Tm的回波
Figure FDA00031682019500000211
所在视线
Figure FDA00031682019500000212
点
Figure FDA00031682019500000213
的坐标
Figure FDA00031682019500000214
计算zn接收目标Tm的回波
Figure FDA00031682019500000215
所在视线
Figure FDA00031682019500000216
在大地直角坐标系ECEF下的方位角
Figure FDA00031682019500000217
和俯仰角
Figure FDA00031682019500000218
Figure FDA00031682019500000219
Figure FDA00031682019500000220
(5)计算每两个雷达的目标回波视线间的最小距离以及最小距离位置处雷达目标回波的波束宽度：
(5a)计算在大地直角坐标系ECEF下，每两个雷达za、zb接收目标Tc、Td的回波
Figure FDA00031682019500000221
所在视线
Figure FDA00031682019500000222
的方向向量
Figure FDA00031682019500000223
以及雷达za在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标uga指向雷达zb在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugb的向量
Figure FDA00031682019500000224
Figure FDA00031682019500000225
Figure FDA00031682019500000226
Figure FDA00031682019500000227
其中，
Figure FDA0003168201950000031
分别表示雷达za接收目标Tc的回波
Figure FDA0003168201950000032
所在视线
Figure FDA0003168201950000033
在大地直角坐标系ECEF下的方位角、俯仰角，
Figure FDA0003168201950000034
分别表示雷达zb接收目标Td的回波
Figure FDA0003168201950000035
所在视线
Figure FDA0003168201950000036
在大地直角坐标系ECEF下的方位角、俯仰角，a∈{1,2,…,n,…,N}，b∈{1,2,…,n,…,N}，且a≠b，c∈{1,2,…,m,…,M}，d∈{1,2,…,m,…,M}；
(5b)通过雷达za接收目标Tc的回波
Figure FDA0003168201950000037
所在视线
Figure FDA0003168201950000038
的方向向量
Figure FDA0003168201950000039
雷达zb接收目标Td的回波
Figure FDA00031682019500000310
所在视线
Figure FDA00031682019500000311
的方向向量
Figure FDA00031682019500000312
雷达za在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标uga指向雷达zb在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugb的向量
Figure FDA00031682019500000313
计算雷达za在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标uga距离视线
Figure FDA00031682019500000314
上距离
Figure FDA00031682019500000315
最近的点
Figure FDA00031682019500000316
之间的距离
Figure FDA00031682019500000317
以及雷达zb在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugb距离视线
Figure FDA00031682019500000318
上距离
Figure FDA00031682019500000319
最近的点
Figure FDA00031682019500000320
之间的距离
Figure FDA00031682019500000321
Figure FDA00031682019500000322
Figure FDA00031682019500000323
Figure FDA00031682019500000324
Figure FDA00031682019500000325
Figure FDA00031682019500000326
(5c)计算雷达za接收目标Tc的回波
Figure FDA00031682019500000327
所在视线
Figure FDA00031682019500000328
上距离
Figure FDA00031682019500000329
最近的点
Figure FDA00031682019500000330
的坐标
Figure FDA00031682019500000331
以及雷达zb接收目标Td的回波
Figure FDA00031682019500000332
所在视线
Figure FDA00031682019500000333
上距离
Figure FDA00031682019500000334
最近的点
Figure FDA00031682019500000335
的坐标
Figure FDA00031682019500000336
并根据
Figure FDA00031682019500000337
和
Figure FDA00031682019500000338
计算点
Figure FDA00031682019500000339
的坐标
Figure FDA00031682019500000340
指向点
Figure FDA00031682019500000341
的坐标
Figure FDA00031682019500000342
的向量
Figure FDA00031682019500000343
Figure FDA00031682019500000344
Figure FDA00031682019500000345
Figure FDA00031682019500000346
(5d)计算雷达za接收目标Tc的回波
Figure FDA00031682019500000347
所在视线
Figure FDA00031682019500000348
与雷达zb接收目标Td的回波
Figure FDA00031682019500000349
所在视线
Figure FDA0003168201950000041
之间的最小距离
Figure FDA0003168201950000042
雷达za接收目标Tc的回波
Figure FDA0003168201950000043
所在视线
Figure FDA0003168201950000044
上距离
Figure FDA0003168201950000045
最近的点
Figure FDA0003168201950000046
处目标回波
Figure FDA0003168201950000047
的波束宽度
Figure FDA0003168201950000048
以及雷达zb接收目标Td的回波
Figure FDA0003168201950000049
所在视线
Figure FDA00031682019500000410
上距离
Figure FDA00031682019500000411
最近的点
Figure FDA00031682019500000412
处目标回波
Figure FDA00031682019500000413
的波束宽度
Figure FDA00031682019500000414
Figure FDA00031682019500000415
Figure FDA00031682019500000416
Figure FDA00031682019500000417
其中，Ba、Bb分别表示雷达za、zb天线的波束宽度；
(6)信号融合中心获取多站雷达多目标关联结果：
信号融合中心判断
Figure FDA00031682019500000418
是否成立，若是，则雷达za接收目标Tc的回波
Figure FDA00031682019500000419
与雷达zb接收目标Td的回波
Figure FDA00031682019500000420
关联，输出
Figure FDA00031682019500000421
估计的目标位置坐标
Figure FDA00031682019500000422
否则，雷达za接收目标Tc的回波
Figure FDA00031682019500000423
与雷达zb接收目标Td的回波
Figure FDA00031682019500000424
不关联。
2.根据权利要求1所述的基于视线角度的多站雷达多目标数据关联方法，其特征在于，步骤(3)中所述的将每个雷达zn在大地坐标系C下的位置坐标usn转换为在大地直角坐标系ECEF下的位置坐标ugn＝(xgn,ygn,zgn)，转换公式为：
Figure FDA00031682019500000425
Figure FDA00031682019500000426
Figure FDA00031682019500000427
其中，RN表示卯酉圈曲率半径，e表示地球的第一偏心率，a、b分别为地球参考椭球的长半径、短半径。
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