CN114355336A - 一种基于辅助信息的航迹关联剔除虚假目标的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于辅助信息的航迹关联剔除虚假目标的方法，包括：步骤1、对两雷达的航迹进行时空配准；步骤2、将配准后的航迹进行数据关联；步骤3、对步骤2中关联上的航迹进行航迹融合，对未关联上的航迹进行位置信息测算，判断是否剔除；步骤4、对经过步骤3后仍未关联上的航迹进行信噪比测算，判断是否剔除；步骤5、对关联成功的航迹对进行航迹融合，生成融合航迹；步骤6、管理融合航迹和保留的航迹，更新目标状态。本发明方法不仅可以剔除虚假航迹，还能保留不被两部雷达同时观测的真实目标航迹，减少漏警，具有更强的态势综合能力。本发明方法适当扩展后可适用于多部雷达分布式融合处理中；适用于组网雷达多径引起的虚假目标剔除。

Description

一种基于辅助信息的航迹关联剔除虚假目标的方法

技术领域

本发明涉及一种基于辅助信息的航迹关联剔除虚假目标的方法，尤其是在航迹关联过程中，利用已知组网雷达探测航迹的位置信息和 RCS信息进行航迹有效性判断，剔除其中虚假目标，保留真实目标，属于数据融合领域。

背景技术

现有航迹关联鉴别假目标方法比较简单粗暴，两部雷达同时观测，只要其中一部雷达没有看到该目标就直接认为是假目标，如文献“赵艳丽、陈永光等，分布式组网雷达抗多假目标欺骗干扰处理方法，电光与控制，2011,18(3):25-30”，这类方法存在的不足是其中仅一部雷达探测到的真实目标航迹也可能被剔除了，造成漏警，影响空情态势的正确性，针对此问题本发明提出一种利用多种辅助信息对目标在航迹关联阶段进行鉴别的方法，不仅可以剔除虚假目标，还不影响真目标航迹。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于辅助信息的航迹关联剔除虚假目标的方法，以解决现有航迹关联剔除假目标算法中默认同一个目标在各个雷达的航迹应该能够关联上而保留，其余航迹被剔除，所造成的真实目标航迹丢失的问题。本发明利用一部雷达测量的目标位置、RCS等信息，与另一部雷达的系统和工作参数等计算辅助信息，联合判断航迹关联过程中是否剔除该航迹，从而获得完整的航迹信息。

实现本发明的技术方案是，首先已知两部雷达获得各自雷达球坐标系中的航迹，然后进行坐标转换和插值实现时空配准；其次进行航迹初步关联，得到关联上的航迹和未关联上的航迹，对关联上的航迹进行航迹融合，对未关联上的航迹进行进一步的判断；对未关联上的航迹，先选一部雷达作基准，利用目标坐标和雷达散射截面(Radar CrossSection，以下简称RCS)判断目标在另一部雷达中是否应该被检测到，如果应该被检测到则剔除该航迹，否则保留，直到处理完每一部雷达的数据，将保留的航迹直接转换到统一的融合中心坐标系下形成航迹，并通过航迹管理，最终形成统一的空情态势，其中所述的融合中心坐标系，可以为某一雷达坐标系，也可以为另外定义的坐标系。关键步骤如下：

步骤1、对两雷达的航迹进行时空配准；

步骤2、将配准后的航迹进行数据关联；

步骤3、对步骤2中关联上的航迹进行航迹融合，对未关联上的航迹进行位置信息测算，判断是否剔除；

其中，为了判断未关联上的航迹是假目标还是不在两雷达共同的威力探测范围内的真目标，分别将两雷达中未关联上的航迹，从其中一部雷达球坐标系转换到另一雷达的球坐标系中，再根据各部雷达探测威力范围和航迹位置判断航迹真实类型。具体为：将其中一个雷达中航迹位置转换到另一个雷达的坐标，得到所述的另一个雷达球坐标中的距离、方位、俯仰

根据这一时刻所述的另一个雷达的波束指向

和威力R_max,2进行初步判断，该目标是否应该被所述的另一个雷达探测到，如果是就丢弃该航迹，否则保留该航迹；

进一步的，所述的初步判断条件如下，设雷达波束宽度为θ_bw：

步骤4、对经过步骤3后仍未关联上的航迹进行信噪比测算，判断是否剔除；

其中，为了判断航迹的目标类型，分别计算其中一部雷达观测航迹当前时刻在另一雷达上的信噪比，根据计算结果和雷达最小可检测因子判断航迹真实类型。

步骤5、对关联成功的航迹对进行航迹融合，生成融合航迹；

步骤6、管理融合航迹和保留的航迹，更新目标状态。

进一步的，上述方法为基本场景中的假目标剔除方法，当有超过两部雷达参与关联时，对每部雷达中未关联成功的航迹，将该雷达分别和其余雷达两两按照以上方案进行航迹剔除操作。

采用本发明可取得以下技术效果

1、本发明提供了一种基于辅助信息的航迹关联剔除虚假目标的方法，可以应用于两部雷达分布式融合处理中。

2、本发明基于不仅可以剔除虚假航迹，还能保留不被两部雷达同时观测的真实目标航迹，减少漏警，具有更强的态势综合能力。

3、本发明在适当扩展后可适用于多部雷达分布式融合处理中。

4、本发明也适用于组网雷达多径引起的虚假目标剔除。

附图说明

图1所示为本发明方法流程图；

图2所示为步骤二航迹关联流程图；

图3所示为步骤六航迹管理流程图。

图4为仿真实例目标真实航迹、虚假航迹和接收站部署图（图中涉及的地图为我国局部地图）。

图5所示为第一雷达探测航迹效果；

图6所示为第二雷达探测航迹效果；

图7为现有方法融合处理结果；

图8为本发明方法的融合处理结果。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图1-8对本发明的实施方式作进一步描述。

本发明一种基于辅助信息的航迹关联剔除虚假目标的方法，具体步骤如下：

步骤一、时空配准：

(1)空间配准

对雷达航迹进行空间配准，将第一雷达和第二雷达的航迹位置坐标从雷达站球坐标系转换到地心直角坐标系。已知第一雷达的经纬高为(L₁，B₁，H₁)，设其地心直角坐标为(x_r，y_r，z_r)，则有：

这里，

参考椭球体的长半径a＝6378245m，扁率f＝1/298.3，第一偏心率平方e²＝0.0069342162297。

第一雷达中某航迹在时刻k的雷达站球坐标(斜矩、方位角和俯仰角)为

坐标转换后该点的地心直角坐标为(x₁，y₁，z₁)，转换方法如式(2)：

同样，对第二雷达中的航迹也进行对应的坐标转换，将航迹的位置坐标都转换到地心直角坐标系下。

(2)时间配准

对统一地理坐标系后的航迹进行时间配准，采用分段线性插值法统一航迹时间点。

步骤二、航迹关联：

将两部雷达中的航迹两两关联，得到关联航迹对和各雷达未关联上的航迹，关联方法采用适用于工程的最近邻法，选用航迹位置估计作为判断的特征向量。航迹关联整体流程图如图7所示。

(1)初步关联

设分别来自于两个雷达的航迹在k时刻的位置估计分别为 (x₁(k)，y₁(k)，z₁(k))和(x₂(k)，y₂(k)，z₂(k))，两位置关联距离为d(k)。已知敞亮特征阈值矢量为E＝[e₁，e₂，e₃]，关联距离门限为γ，则当同时满足式(3)中所有条件时，判定两航迹在k时刻初步关联成功。

(2)最终关联

统计两两航迹在一定时段内的成功关联次数和平均关联距离，平均关联距离计算如式所示。统计结束后，依次选取最小平均关联距离对应的航迹对作为最终关联成功的航迹对，并将两雷达中未与其他任何航迹关联上的航迹记录下来作为关联上的航迹。

步骤三、根据位置信息剔除虚假目标：

将第一雷达中航迹位置转换到第二雷达的坐标，得到第二雷达球坐标中的距离、方位、俯仰

根据这一时刻第二雷达的波束指向

和第二雷达威力R_max，2进行初步判断，该目标是否应该被第二雷达探测到，如果是就丢弃该航迹，否则保留该航迹；

设雷达波束宽度为θ_bw，判断剔除该航迹的条件如下：

反过来，如果第二雷达有航迹，则将第二雷达中航迹位置转换到第一雷达的坐标，得到第一雷达球坐标中的距离、方位、俯仰

根据这一时刻第一雷达的波束指向

和雷达威力R_max,1进行初步判断，该目标是否应该被第一雷达探测到，如果是就丢弃该航迹，否则保留该航迹。

步骤四、根据信噪比剔除虚假目标：

取出第一雷达中保留的航迹中的一个目标数据在第二雷达中的坐标

设其测量的目标RCS为σ₁，判断过程如下：

由雷达方程可知，目标回波功率P_r表示如下：

其中，

P_t——雷达发射机峰值功率；

G_t——天线发射增益；

G_r——天线接收增益；

l——雷达波长；

R——作用距离；

σ——目标的雷达散射截面；

L——综合损耗。

接收机噪声功率N₀如下：

N₀＝kT₀F_nB_n (7)

其中，

k——波耳兹曼常数(1.38x10-23J/K)；

T0——室温(290K)；

F_n——接收机噪声系数；

B_n——接收机带宽。

接收机处理增益D_process主要考虑脉压增益和脉冲积累增益，其计算公式如下：

D_process＝D_press·D_acc (8)

其中，脉压增益为发射脉宽τ_p与接收机带宽的乘积，即

D_press＝τ_p×B_n (9)

相干脉冲积累增益等于积累脉冲数n，即

D_acc＝n (10)

由上可得，综合信噪比为

设雷达最小可检测因子D₀如果要形成稳定航迹，D₀通常要求 13dB以上。

将目标距离第二雷达的距离r₁、目标RCSσ₁以及第二雷达的系统参数，代入(11)，可以得到当前的信噪比SNR₁，如果SNR₁≥D₀，则表示该目标可以被第二雷达检测到，但第二雷达没有航迹，因此应该剔除该目标，依次类推直到第一雷达中所有航迹处理完。

反过来，取出第二雷达中保留的航迹中的一个目标数据在第一雷达中的坐标

设其测量的目标RCS为σ₂，结合第一雷达的系统参数，经过上面相同的计算流程，判断是否剔除该目标，直到第二雷达中所有航迹处理完。

步骤五、航迹融合

对关联成功的航迹采取简单协方差加权法进行航迹融合，对每个关联时刻上都按照融合准则进行融合，得到融合航迹。设分别来自第一雷达和第二雷达的一对成功关联的航迹位置坐标在k时刻分别为

和

协方差分别为P₁和P₂，航迹融合公式和协方差更新公式如式(11)和式(12)所示，按照融合公式在各时刻融合得到完整的融合航迹。

P＝P₁(P₁+P₂)^-1P₂ (13)

步骤六、航迹管理

对成功关联并融合的航迹与未参与关联但作为真实目标保留下来的航迹均作为真实航迹进行航迹管理。先根据输入航迹的原始航迹号在已有目标航迹中搜索，判断输入航迹是否为已有真实航迹，若是，则更新已有目标航迹的时刻、位置等信息；若不是，则将输入航迹作为新目标，分配新的目标号，并归入已有目标中。然后对已有目标中的所有航迹进行管理，删除长时间未更新的目标航迹。整体流程如图 3所示。

本发明的效果可以通过仿真实验加以说明，仿真条件设置如下：两个雷达站、融合中心位置经度、纬度、高度如表1所示，雷达参数如表2所示。

表1雷达位置参数表

表2雷达系统参数表

参数	设定值	单位
			发射功率	25	kW
发射脉宽	409.6	us
			天线发射增益	38.5	dB
天线接收增益	38.5	dB
			雷达波束宽度	2	deg
雷达波长	0.2	m
			接收机带宽	1	MHz
等效温度	290	K
			噪声系数	3	dB
综合损耗	5	dB
			积累脉冲数	3
检测因子	13	dB
			最大探测距离	400	km

一个飞机目标由远到近，一个电子战飞机目标由远及近并产生多个虚假目标，飞机目标RCS均设为1m²，战情态势如图4所示，两部雷达在各自的雷达球坐标系下跟踪。雷达一探测航迹如图5所示，由于飞机目标超出雷达一的探测范围，只能探测到电子战飞机和假目标航迹。雷达二探测航迹如图6所示，飞机目标和电子战飞机都能被探测到，并产生了假目标航迹。采用现有方法直接剔除不能关联的航迹，融合处理结果如图7所示，可以看到飞机目标的一段航迹丢失了；采用本发明方法后，形成的融合航迹如图8所示，可以看到输出结果剔除了假目标航迹的同时完整保留了两部雷达探测的航迹，说明了本发明方法的有效性。

Claims (6)

1.一种基于辅助信息的航迹关联剔除虚假目标的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤1、对两雷达的航迹进行时空配准；

步骤2、将配准后的航迹进行数据关联；

步骤3、对步骤2中关联上的航迹进行航迹融合，对未关联上的航迹进行位置信息测算，判断是否剔除；

步骤4、对经过步骤3后仍未关联上的航迹进行信噪比测算，判断是否剔除；

步骤5、对关联成功的航迹对进行航迹融合，生成融合航迹；

步骤6、管理融合航迹和保留的航迹，更新目标状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于辅助信息的航迹关联剔除虚假目标的方法，其特征在于：所述步骤3，为了判断未关联上的航迹是假目标还是不在两雷达共同的威力探测范围内的真目标，分别将两雷达中未关联上的航迹，从其中一部雷达球坐标系转换到另一雷达的球坐标系中，再根据各部雷达探测威力范围和航迹位置判断航迹真实类型。

3.根据权利要求2所述的一种基于辅助信息的航迹关联剔除虚假目标的方法，其特征在于：将其中一个雷达中航迹位置转换到另一个雷达的坐标，得到所述的另一个雷达球坐标中的距离、方位、俯仰

根据这一时刻所述的另一个雷达的波束指向

和威力R_max,2进行初步判断，该目标是否应该被所述的另一个雷达探测到，如果是就丢弃该航迹，否则保留该航迹。

4.根据权利要求3所述的一种基于辅助信息的航迹关联剔除虚假目标的方法，其特征在于：所述的初步判断的条件如下，设雷达波束宽度为θ_bw：

5.根据权利要求1所述的一种基于辅助信息的航迹关联剔除虚假目标的方法，其特征在于：所述步骤4，为了判断航迹的目标类型，分别计算其中一部雷达观测航迹当前时刻在另一雷达上的信噪比，根据计算结果和雷达最小可检测因子判断航迹真实类型。

6.根据权利要求1所述的一种基于辅助信息的航迹关联剔除虚假目标的方法，其特征在于：当有超过两部雷达参与关联时，对每部雷达中未关联成功的航迹，将该雷达分别和其余雷达两两按照所述的方法进行航迹剔除操作。

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