CN115372956A - 一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法 - Google Patents

Abstract

一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法，涉及雷达数据处理领域中的多目标跟踪技术领域，解决了天发地收混合体制高频雷达的多目标跟踪中的航迹起始存在计算量大、需要长积累时间的问题。本发明以发射机位置作为原点，建立直角坐标系，确定雷达接收机在直角坐标系内的坐标与航迹起始周期A内所有目标点的坐标；以此确定每个运动目标在射距‑多普勒空间目标量测量，对所述目标量测量规格化，将规格化后的目标量测量通过Hough变换转换为Hough参数空间的点迹，进而获取粗关联航迹，再利用正逆序逻辑法获取航迹起始。本发明适用于多目标跟踪航迹起始。

Description

一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法

技术领域

本发明涉及雷达数据处理领域中的多目标跟踪技术领域，具体为混合体制雷达航迹起始方法。

背景技术

航迹起始是雷达多目标跟踪的首要问题，也是航迹维持前的首要步骤。现有的航迹起始算法以批处理与顺序处理为主，批处理主要包括基于Hough变换的起始方法及由其发展而来的相关算法，适合于处理杂波密度较高情况下的航迹起始，但是需要长时间积累才能得到较好的航迹起始效果。顺序处理主要包括逻辑法，直观法等算法，适用于杂波环境较弱的环境下，但是在低量测精度、强杂波环境下，逻辑法存在虚假航迹较多、运算时间较长的缺点。

天发地收混合体制高频雷达综合了天波超视距雷达和地波超视距雷达的特点，具有天波作用距离远、覆盖范围大、抗隐身、抗反辐射导弹和地波传播稳定等优点，同时由于其雷达发射机一般位于内陆地区，接收机位于舰船上，因此舰船能在无线电静默的条件下获得电磁支援，这在远洋航行中具有重大战术意义。

目前关于天发地收混合体制高频雷达的多目标跟踪算法研究甚少，现有的算法多是参考天波超视距雷达解决目标跟踪问题，但是存在计算量大、需要长积累时间和工程难以实现等问题。

发明内容

本发明目的是为了解决天发地收混合体制高频雷达的多目标跟踪中的航迹起始存在计算量大、需要长积累时间的问题，提供了一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法。

本发明所述一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法，具体为：

步骤一、以发射机位置作为原点，建立直角坐标系xoy，确定雷达接收机在直角坐标系内的坐标与航迹起始周期A内所有目标点的坐标；

步骤二、根据雷达发射机、接收机的坐标和航迹起始周期A内所有目标点的坐标，计算信号从雷达发射机传播到雷达接收机的传播距离R_g、目标点的多普勒速度R_r和目标点相对发射机的方位角Az，确定每个运动目标在雷达量测空间的目标量测量[R_g,Az,R_r]；

步骤三、计算规格化系数k_g，利用规格化系数k_g对量测空间的目标量测量进行规格化，获得规格化后量测空间的目标量测量；

步骤四、将规格化后的量测空间的目标量测量合成量测矩阵X，建立转换矩阵H与量测矩阵X相乘，将量测矩阵X转换为Hough参数空间γ-θ的点迹Y；所述H将Hough参数空间的θ轴分为N等分；

步骤五、对Hough参数空间γ-θ的坐标轴γ进行等间隔分段；使Hough参数空间γ-θ平面呈单元格状态；

步骤六、累计Hough参数空间γ-θ每个单元格内点迹数，判断是否有单元格内包含的点迹数超过目标门限值W，若存在，统计点迹数超过目标门限值W单元格的数量，将点迹数超过目标门限值W单元格的数量作为粗关联航迹的条数；执行步骤七；

若是所有单元格内的点迹数均未超过目标门限值W，舍弃航迹起始周期A的第一个扫描周期的数据，将下一个扫描周期的数据添加进航迹起始周期A，返回执行步骤二；

步骤七、采用正序逻辑法将步骤六获得的所有粗关联航迹在航迹起始周期A内分别进行关联，若存在关联成功的正序航迹，执行步骤七一；

若均未关联成功，舍弃航迹起始周期A的第一个扫描周期的数据，将下一个扫描周期的数据添加进航迹起始周期A，返回执行步骤二；

步骤七一、采用逆序逻辑法对步骤六获得的所有粗关联航迹在航迹起始周期A内分别进行关联，保留关联成功的逆序航迹；执行步骤八；

步骤八、分别对一条粗关联航迹对应的正序航迹和逆序航迹所包含的点迹的方位角求平均值，获取一条航迹起始的方位角运动范围中心，计算所有正序航迹点迹方位角的最大值和最小值，将所述最大值和最小值分别与对应的方位角运动范围中心作差，每条正序航迹获得两个差值，判断所述两个差值是否均小于12σ，若是，则保留航迹，否则，剔除航迹，完成航迹起始，其中，σ是方位角测量噪声的方差。

进一步地，本发明中，步骤二中，计算信号从雷达发射机传播到雷达接收机的传播距离R_g、目标的多普勒速度R_r具体方法为：

设目标点T的坐标为[x_t,y_t,0]，目标的运动状态为[v_xt,v_yt,0]，接收机的坐标为[x_r,y_r,0]，接收舰船的运动状态为[v_xr,v_yr,0]，通过公式：

R_g＝2R₀+R₁

计算出不考虑电离层斜射情况时天波传播路径长度为2R₀，即雷达信号从发射机到电离层再到目标的距离，天波传播路径从雷达发射机传播到雷达接收机的传播距离R_g，目标的多普勒速度R_r，R₁为接收机与目标之间的距离，h为电离层的高度。

进一步地，本发明中，步骤二中，确定目标点相对发射机的方位角Az的具体方法为：

设目标点T的坐标为[x_t,y_t,0]，目标的运动状态为[v_xt,v_yt,0]，接收机的坐标为[x_r,y_r,0]，接收舰船的运动状态为[v_xr,v_yr,0]，通过公式：

计算出目标点和接收机的直线距离R₁，由目标反射的地波与接收机所在舰船行进方向夹角Az-π/2，认定角度顺时针方向为正值。

进一步地，本发明中，步骤三中，计算规格化系数k_g的具体公式为：

其中，Rg_max为发射机射距的最大值，Rg_min为发射机射距的最小值，Rr_max为多普勒速度的最大值，Rr_min为多普勒速度的最小值。

进一步地，本发明中，步骤四中，将规格化后的量测空间的目标量测量合成量测矩阵X公式为：

其中，n代表点迹个数，R_g(1)和R_r(1)分别表示第1个点迹的射距和多普勒速度，R_g(2)和R_r(2)分别表示第2个点迹的射距和多普勒速度，R_g(n)和R_r(n)分别表示第n个点迹的射距和多普勒速度。

进一步地，本发明中，步骤四中，建立的转换矩阵H为：

其中，θ₁、θ₂……θ_N为hough参数空间中的横坐标，N为横坐标的个数，为正整数。

进一步地，本发明中，步骤四中，量测矩阵X转换为Hough参数空间γ-θ的点迹Y为：

其中，

为目标点迹在Hough参数空间θ轴坐标为θ₁时第一个点的γ轴坐标，

为目标点迹在Hough参数空间θ轴坐标为θ_N时第1个点的γ轴坐标，

为目标点迹在Hough参数空间θ轴坐标为θ₁时第n个点的γ轴坐标,

为目标点迹在Hough参数空间的θ轴坐标为θ_N时第n个点的γ轴坐标。

进一步地，本发明中，步骤六中，每个单元格内点迹数的方法是先确定每个点迹所在的单元格，具体方法为：

其中，P为Hough参数空间中点迹所在的γ轴坐标分段的编号，所述点迹

的θ轴方向单元格编号为q，根据编号P和q确定点迹所在单元格，

是点迹在Hough参数空间的γ轴坐标，γ_min是点迹中γ轴坐标的最小值，Δγ是γ轴分段间隔。

进一步地，本发明中，步骤七中，采用正序逻辑法将步骤六获得粗关联航迹在航迹起始周期A内进行关联的方法为：

每个航迹起始周期A包括4个连续扫描周期，正序逻辑法为从第1个扫描周期开始检测至第4个扫描周期，并对4个连续扫描周期的点迹进行关联，具体关联的方法为：

D_ij(k)＝d_ij'[R_i(k)+R_i(k+1)]^-1d_ij

其中，d_ij表示第i个量测点迹和第j个量测点迹的距离矢量，Z_i(k)是k时刻的第i个量测点迹，z_i ^l(k)为k时刻第i个量测的第l个分量，

是k+1时刻的第j个量测点迹的的第l个分量，

为所有量测中第l个分量中的最大速度，

为所有量测中第l个分量中最小速度，D_ij(k)表示为归一化距离平方，R_i(k)表示在测量误差独立、零均值且高斯分布情况下的协方差矩阵，d_ij表示第i个量测点迹和第j个量测点迹的距离矢量，d_ij'表示d_ij的转置，d_ij ^l(t)为k时刻的第i个量测点迹Z_i(k)与Z_j(k)间距离矢量的第l个分量，i＝1,2,…,n_k，n_k表示k时刻总共存在的点迹数量，D_ij(k)是服从自由度为p分布的χ2分布的随机变量，通过给定的门限概率查找自由度为p分布的χ2分布表获得门限γ，若D_ij(k)≤γ，则判定Zi(k)与Z_j(k+1)两个量测互联，t为雷达积累时间。

本发明解决了天发地收混合体制高频雷达的多目标跟踪中的航迹起始问题，通过对天波发射地波接收的雷达信号传播轨迹经行建模分析，并且在射距-多普勒平面利用Hough变换进行航迹起始的算法基础上，提出基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始算法，该算法在较短的扫描周期内航迹起始成功率较高，同时较逻辑法相比能够减少大量的虚假航迹，提升航迹起始成功率和减少运算负担，同时积累时间短。

附图说明

图1是本发明所述方法一个航迹起始周期A内起始航迹流程图；图中，Yes和No分别表示是和否；

图2是本发明所述的天发船收高频平面量测模型；

图3是本发明中3/4逻辑法的原理示意图；

图4是本发明仿真案例中航迹起始成功率对比图；

图5是本发明仿真案例中虚假航迹起始数对比图；

图6是本发明仿真案例中计算负担对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法，具体为：

步骤一、以发射机位置作为原点，建立直角坐标系xoy，确定雷达接收机在直角坐标系内的坐标与航迹起始周期A内所有目标点的坐标；

步骤二、根据雷达发射机、接收机的坐标和航迹起始周期A内所有目标点的坐标，计算信号从雷达发射机传播到雷达接收机的传播距离R_g、目标点的多普勒速度R_r和目标点相对发射机的方位角Az，确定每个运动目标在雷达量测空间的目标量测量[R_g,Az,R_r]；

步骤三、计算规格化系数k_g，利用规格化系数k_g对量测空间的目标量测量进行规格化，获得规格化后量测空间的目标量测量；

步骤四、将规格化后的量测空间的目标量测量合成量测矩阵X，建立转换矩阵H与量测矩阵X相乘，将量测矩阵X转换为Hough参数空间γ-θ的点迹Y；所述H将Hough参数空间的θ轴分为N等分；所述θ为0～360度；

步骤五、对Hough参数空间γ-θ的坐标轴γ进行等间隔分段；使Hough参数空间γ-θ平面呈单元格状态；

步骤六、累计Hough参数空间γ-θ每个单元格内点迹数，判断是否有单元格内包含的点迹数超过目标门限值W，若存在，统计点迹数超过目标门限值W单元格的数量，将点迹数超过目标门限值W单元格的数量作为粗关联航迹的条数；执行步骤七；

若是所有单元格内的点迹数均未超过目标门限值W，舍弃所述周期A的第一个扫描周期的数据，将下一个扫描周期的数据添加进所述周期A，返回执行步骤二；

所述的目标门限值W需要根据实际情况进行确定，假设在一个航迹起始周期内目标的点迹出现在了3个扫描周期内的同一个单元格内，即出现了三个点，即认为这些点可以组成一条关联航迹，可以假设目标门限值w＝3，当一单元格个内的点迹数大于等于3时，可以认为该航迹起始周期内存在目标粗关联航迹。

步骤七、采用正序逻辑法将步骤六获得的所有粗关联航迹在航迹起始周期A内分别进行关联，若存在关联成功的正序航迹，执行步骤七一；

若均未关联成功，舍弃航迹起始周期A的第一个扫描周期的数据，将下一个扫描周期的数据添加进航迹起始周期A，返回执行步骤二；

步骤七一、采用逆序逻辑法对步骤六获得的所有粗关联航迹在航迹起始周期A内分别进行关联，保留关联成功的逆序航迹；执行步骤八；

步骤八、分别对一条粗关联航迹对应的正序航迹和逆序航迹所包含的点迹的方位角求平均值，获取一条航迹起始的方位角运动范围中心，计算所有正序航迹点迹方位角的最大值和最小值，将所述最大值和最小值分别与对应的方位角运动范围中心作差，每条正序航迹获得两个差值，判断所述两个差值是否均小于12σ，若是，则保留航迹，否则，剔除航迹，完成航迹起始，其中，σ是方位角测量噪声的方差。

进一步地，本发明中，步骤二中，根据雷达发射机、接收机和目标点在直角坐标系xoy内的坐标，计算信号从雷达发射机传播到雷达接收机的传播距离R_g、目标的多普勒速度R_r具体方法为：

如图2所示，设雷达发射站C和接收站(舰船)R的距离为ρ，天波从雷达发射站发射，传播到电离层的路径长度为R₀；则信号从电离层传播到目标的路径长度为R₀；接收机位于点R，则接收机与目标之间的距离为R₁，接收机与发射机的连线和发射机与目标点T的连线之间的夹角为b；接收机与目标点T的连线和发射机与接收机的连线的夹角为

设目标点T的坐标为[x_t,y_t,0]，目标的运动状态为[v_xt,v_yt,0]，接收机R的坐标为[x_r,y_r,0]，接收舰船的运动状态为[v_xr,v_yr,0]，通过公式：

计算出目标点T和发射机的直线距离ρ、目标点T和接收机的直线距离R₁、发射机和接收机的直线距离d以及由目标反射的地波与接收机所在舰船行进方向夹角Az-π/2，认定角度顺时针方向为正值；

再通过公式：

R_g＝2R₀+R₁

计算出不考虑电离层斜射情况时天波传播路径长度为2R₀，即雷达信号从发射机到电离层再到目标的距离，天波传播2R₀、路径信号从雷达发射机传播到雷达接收机的传播距离R_g以及目标的多普勒速度R_r，h为电离层的高度。

进一步地，本发明中，步骤三中，计算规格化系数k_g的具体公式为：

其中，Rg_max为发射机射距的最大值，Rg_min为发射机射距的最小值，Rr_max为多普勒速度的最大值，Rr_min为多普勒速度的最小值。

进一步地，本发明中，步骤四中，将规格化后的量测空间的目标量测量合成量测矩阵X公式为：

其中，n代表点迹个数，R_g(1)和R_r(1)分别表示第1个点迹的射距和多普勒速度，R_g(2)和R_r(2)分别表示第2个点迹的射距和多普勒速度，R_g(n)和R_r(n)分别表示第n个点迹的射距和多普勒速度。

进一步地，本发明中，步骤四中，建立的转换矩阵H为：

其中，θ₁、θ₂……θ_N为Hough参数空间中的横坐标，N为横坐标的个数，为正整数。

进一步地，本发明中，步骤四中，量测矩阵X转换为Hough参数空间γ-θ的点迹Y为：

其中，

为目标点迹在Hough参数空间θ轴坐标为θ₁时第一个点的γ轴坐标，

为目标点迹在Hough参数空间θ轴坐标为θ_N时第1个点的γ轴坐标，

为目标点迹在Hough参数空间θ轴坐标为θ₁时第n个点的γ轴坐标,

为目标点迹在Hough参数空间的θ轴坐标为θ_N时第n个点的γ轴坐标。

进一步地，本发明中，步骤六中，每个单元格内点迹数的方法是先确定每个点迹所在的单元格，具体方法为：

其中，P为Hough参数空间中点迹所在的γ轴坐标分段的编号，所述点迹

的θ轴方向单元格编号为q，根据编号P和q确定点迹所在单元格，

是点迹在Hough参数空间的γ轴坐标，γ_min是点迹中γ轴坐标的最小值，Δγ是γ轴分段间隔。

进一步地，本发明中，步骤七中，采用正序逻辑法将步骤六获得粗关联航迹在航迹起始周期A内进行关联的方法为：

每个航迹起始周期A包括4个连续扫描周期，正序逻辑法为从第1个扫描周期开始检测至第4个扫描周期，并对4个连续扫描周期的点迹进行关联，具体关联的方法为：

D_ij(k)＝d_ij'[R_i(k)+R_i(k+1)]^-1d_ij

其中，d_ij表示第i个量测点迹和第j个量测点迹的距离矢量，Z_i(k)是k时刻的第i个量测点迹，z_i ^l(k)为k时刻第i个量测的第l个分量，

是k+1时刻的第j个量测点迹的的第l个分量，

为所有量测中第l个分量中的最大速度，

为所有量测中第l个分量中最小速度，D_ij(k)表示为归一化距离平方，R_i(k)表示在测量误差独立、零均值且高斯分布情况下的协方差矩阵，d_ij表示第i个量测点迹和第j个量测点迹的距离矢量，d_ij'表示d_ij的转置，d_ij ^l(t)为k时刻的第i个量测点迹Z_i(k)与Z_j(k)间距离矢量的第l个分量，i＝1,2,…,n_k，n_k表示k时刻总共存在的点迹数量，D_ij(k)是服从自由度为p分布的χ2分布的随机变量，通过给定的门限概率查找自由度为p分布的χ2分布表获得门限γ，若D_ij(k)≤γ，则判定Zi(k)与Z_j(k+1)两个量测互联，t为雷达积累时间。

进一步地，本发明中，步骤七一中，逆序逻辑法为从航迹起始周期A的第4个扫描周期开始检测至第1个扫描周期，并对4个连续扫描周期的点迹进行关联，具体关联方法与正序逻辑法相同。

本发明中，如图2所示的天发船收高频雷达平面量测模型，该模型不考虑地球曲率，定义以雷达站C为原点的空间直角坐标系、雷达坐标系，并假设电离层为单层。为了简化模型以雷达发射机、接收机R和目标点T所在平面为空间直角坐标系的xoy平面；假设雷达发射站C和接收站(舰船)R的距离为ρ，天波从发射站发射，传播到电离层的路径长度为R₀；若不考虑电离层倾斜现象，则信号从电离层传播到目标的路径长度也为R₀；接收机位于点R，则接收机与目标之间的距离为R₁，接收机与发射机的连线和发射机与目标的连线之间的夹角为b；接收机与目标的连线和发射机与接收机的连线的夹角为

设目标T的坐标为[x_t,y_t,0]，目标的运动状态为[v_xt,v_yt,0]，接收舰船R的坐标为[x_r,y_r,0]，接收舰船的运动状态为[v_xr,v_yr,0]，通过公式(1)可以计算出目标和发射机的直线距离ρ、目标和接收机的直线距离R₁、发射机和接收机的直线距离d以及由目标反射的地波与接收机所在舰船行进方向夹角Az-π/2，认定角度顺时针方向为正值；设电离层虚高为h，在不考虑电离层斜射等情况时天波传播路径长度为2R₀，即雷达信号从发射机到电离层再到目标的距离，天波传播2R₀、路径信号从雷达发射机传播到雷达接收机的传播距离R_g以及目标的多普勒速度R_r。

在雷达坐标系下，目标量测量为接收机接收到射距R_g、方位角Az和多普勒速度R_r,运动目标在地理坐标系下状态为[x_t,y_t,v_xt,v_yt],接收机所在舰船状态为[x_r,y_r,v_xr,v_yr],运动目标在雷达量测空间目标量测量为[R_g,Az,R_r]。

再利用规格化系数k_g，将雷达接收到的目标多普勒速度乘以规格化系数对量测空间进行规格化，使射距与多普勒速度的数量级处于同一级别。

对每个单元格内的点迹累计，根据参数单元累加结果设定门限w，超过门限w的单元格里的点迹组成的航迹即为粗关联航迹。

如图1所示，图中第1次量测点迹为第1个雷达扫描周期中的点迹。首先对粗关联轨迹进行标准3/4逻辑法起始航迹(下称正序逻辑法，参照图3)，即从第1个周期开始检测4个连续扫描周期(第1～4个扫描周期)的中是否有3个或全部周期的量测点迹进行了关联，若是，则起始一条正序逻辑目标航迹，否则航迹起始周期的时间窗向后移动一个扫描周期，重新进行检测。

同时在粗关联航迹中进行逆序逻辑法，其原理同正序逻辑法，其根节点由第1次扫描周期量测点迹变为第4次扫描周期量测点迹，由第4次扫描周期量测点迹向前进行关联，获得逆序逻辑目标航迹起始。

对正序逻辑航迹和逆序逻辑目标航迹的方位角Az求取均值，得到方位角运动范围中心。在射距-多普勒速度平面中，对得到的航迹中的量测点迹进行方位角求最大(最小)值处理，得到航迹中的方位角最大最小值判断该航迹方位角最大(最小)值与范围中心的差值是否小于12σ，若是则保留航迹，否则剔除航迹，即宽范围方位角的辅助筛选。

为了证明本发明的有益效果，进行如下仿真。

假设电离层高度为220km，雷达扫描周期40s，雷达发射站坐标为[0,0,0]，接收舰船的坐标为[0,1300km,0]且运动速度15m/s，雷达测距误差为3km、测角误差为1°、测速误差为0.3m/s，扫描周期数为5。并且在发舰收高频雷达背景下仿真生成五个匀速运动目标航迹，目标在地理坐标系下的初始状态分别为：

[80km,8m/s,1470km,-7m/s]；

[50km,10m/s,1415km,5m/s]；

[20km,0m/s,1455km,13m/s]；

[40km,5m/s,1462km,5m/s]；

[30km,8m/s,1435km,0m/s]；

此外，杂波生成方式符合泊松分布λ＝150，杂波点迹在测量范围[0km,100km,1400km,1500km]内均匀分布，杂波点迹速度在[-15m/s,15m/s]内均匀分布，在不同检测概率下进行了50次蒙特卡洛仿真，并与传统逻辑法和基于Hough变换和逻辑的航迹起始算法进行了对比，从航迹起始成功率、平均虚假航迹起始数、航迹起始算法总用时三个方面对比分析在强杂波、低量测精度下不同检测概率环境下三个航迹起始算法优劣程度，逻辑法记为参考算法1，基于Hough和逻辑的航迹起始的算法记为参考算法2，以起始航迹中存在两个及以上扫描周期点迹为虚假点迹的航迹为虚假航迹。仿真结果如图4、图5和图6所示。

根据上述50次蒙特卡洛仿真结果可以看出：

1.在检测概率较高时(Pd＝0.9)，三种算法都能够较好的起始目标航迹，航迹起始成功率在80％以上，随着检测概率降低，本发明与参考算法相比航迹起始成功率提升，在低检测概率(Pd＝0.6)时，本发明的航迹起始方法维持在50％以上，较参考算法相比提升10％以上。

2.在不同检测概率下，本发明产生的虚假航迹数都要小于参考算法，较参考算法相比，虚假航迹起始数减少5％以上，减轻了后续雷达数据处理的负担。

3.本发明总用时是基于Hough与逻辑的航迹起始算法的1.8倍左右，这是因为在基于Hough与逻辑的航迹起始算法基础上加入了逆序逻辑法和宽范围的方位角筛选方法，增加了部分计算负担。本发明与逻辑法相比减少了55％以上的计算负担，这是因为首先通过了Hough变换筛选了大部分虚假点迹，减少了计算负担。

综上所述，本发明的算法在强杂波密度、低量测精度和低检测概率环境下，较3/4逻辑法和基于Hough和逻辑的航迹起始方法相比更为优越。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法，其特征在于，具体为：

步骤一、以发射机位置作为原点，建立直角坐标系xoy，确定雷达接收机在直角坐标系内的坐标与航迹起始周期A内所有目标点的坐标；

步骤二、根据雷达发射机、接收机的坐标和航迹起始周期A内所有目标点的坐标，计算信号从雷达发射机传播到雷达接收机的传播距离R_g、目标点的多普勒速度R_r和目标点相对发射机的方位角Az，确定每个运动目标在雷达量测空间的目标量测量[R_g,Az,R_r]；

步骤三、计算规格化系数k_g，利用规格化系数k_g对量测空间的目标量测量进行规格化，获得规格化后量测空间的目标量测量；

步骤四、将规格化后的量测空间的目标量测量合成量测矩阵X，建立转换矩阵H与量测矩阵X相乘，将量测矩阵X转换为Hough参数空间γ-θ的点迹Y；所述H将Hough参数空间的θ轴分为N等分；

步骤五、对Hough参数空间γ-θ的坐标轴γ进行等间隔分段；使Hough参数空间γ-θ平面呈单元格状态；

步骤六、累计Hough参数空间γ-θ每个单元格内点迹数，判断是否有单元格内包含的点迹数超过目标门限值W，若存在，统计点迹数超过目标门限值W单元格的数量，将点迹数超过目标门限值W单元格的数量作为粗关联航迹的条数；执行步骤七；

若是所有单元格内的点迹数均未超过目标门限值W，舍弃所述周期A的第一个扫描周期的数据，将下一个扫描周期的数据添加进所述周期A，返回执行步骤二；

步骤七、采用正序逻辑法将步骤六获得的所有粗关联航迹在航迹起始周期A内分别进行关联，若存在关联成功的正序航迹，执行步骤七一；

若均未关联成功，舍弃航迹起始周期A的第一个扫描周期的数据，将下一个扫描周期的数据添加进航迹起始周期A，返回执行步骤二；

步骤七一、采用逆序逻辑法对步骤六获得的所有粗关联航迹在航迹起始周期A内分别进行关联，保留关联成功的逆序航迹；执行步骤八；

步骤八、分别对一条粗关联航迹对应的正序航迹和逆序航迹所包含的点迹的方位角求平均值，获取一条航迹起始的方位角运动范围中心，计算所有正序航迹点迹方位角的最大值和最小值，将所述最大值和最小值分别与对应的方位角运动范围中心作差，每条正序航迹获得两个差值，判断所述两个差值是否均小于12σ，若是，则保留航迹，否则，剔除航迹，完成航迹起始，其中，σ是方位角测量噪声的方差。

2.根据权利要求1所述的一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法，其特征在于，步骤二中，计算信号从雷达发射机传播到雷达接收机的传播距离R_g、目标的多普勒速度R_r具体方法为：

设目标点的坐标为[x_t,y_t,0]，目标的运动状态为[v_xt,v_yt,0]，接收机的坐标为[x_r,y_r,0]，接收舰船的运动状态为[v_xr,v_yr,0]，通过公式：

R_g＝2R₀+R₁

计算出不考虑电离层斜射情况时天波传播路径长度为2R₀，即雷达信号从发射机到电离层再到目标的距离，天波传播路径从雷达发射机传播到雷达接收机的传播距离R_g，目标的多普勒速度R_r，R₁为接收机与目标之间的距离，h为电离层的高度。

3.根据权利要求1所述的一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法，其特征在于，步骤二中，确定目标点相对发射机的方位角Az的具体方法为：

设目标点T的坐标为[x_t,y_t,0]，接收机的坐标为[x_r,y_r,0]，通过公式：

计算出目标点和接收机的直线距离R₁，由目标反射的地波与接收机所在舰船行进方向夹角Az-π/2，认定角度顺时针方向为正值。

4.根据权利要求1所述的一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法，其特征在于，步骤三中，计算规格化系数k_g的具体公式为：

其中，Rg_max为发射机射距的最大值，Rg_min为发射机射距的最小值，Rr_max为多普勒速度的最大值，Rr_min为多普勒速度的最小值。

5.根据权利要求1所述的一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法，其特征在于，步骤四中，将规格化后的量测空间的目标量测量合成量测矩阵X公式为：

其中，n代表点迹个数，R_g(1)和R_r(1)分别表示第1个点迹的射距和多普勒速度，R_g(2)和R_r(2)分别表示第2个点迹的射距和多普勒速度，R_g(n)和R_r(n)分别表示第n个点迹的射距和多普勒速度。

6.根据权利要求1所述的一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法，其特征在于，步骤四中，建立的转换矩阵H为：

其中，θ₁、θ₂……θ_N为Hough参数空间中的横坐标，N为横坐标的个数，为正整数。

7.根据权利要求1所述的一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法，其特征在于，步骤四中，θ轴为0～360度。

8.根据权利要求1所述的一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法，其特征在于，步骤四中，量测矩阵X转换为Hough参数空间γ-θ的点迹Y为：

其中，

为目标点迹在Hough参数空间θ轴坐标为θ₁时第一个点的γ轴坐标，

为目标点迹在Hough参数空间θ轴坐标为θ_N时第1个点的γ轴坐标，

为目标点迹在Hough参数空间θ轴坐标为θ₁时第n个点的γ轴坐标,

为目标点迹在Hough参数空间的θ轴坐标为θ_N时第n个点的γ轴坐标。

9.根据权利要求1所述的一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法，其特征在于，步骤六中，每个单元格内点迹数的方法是先确定每个点迹所在的单元格，具体方法为：

其中，P为Hough参数空间中点迹所在的γ轴坐标分段的编号，所述点迹

的θ轴方向单元格编号为q，根据编号P和q确定点迹所在单元格，

是点迹在Hough参数空间的γ轴坐标，γ_min是点迹中γ轴坐标的最小值，Δγ是γ轴分段间隔。

10.根据权利要求1所述的一种基于正逆逻辑Hough变换的混合体制雷达航迹起始方法，其特征在于，采用正序逻辑法将步骤六获得粗关联航迹在航迹起始周期A内进行关联的方法为：

每个航迹起始周期A包括4个连续扫描周期，正序逻辑法为从第1个扫描周期开始检测至第4个扫描周期，并对4个连续扫描周期的点迹进行关联，具体关联的方法为：

D_ij(k)＝d_ij'[R_i(k)+R_i(k+1)]^-1d_ij

其中，d_ij表示第i个量测点迹和第j个量测点迹的距离矢量，

为t时刻第i个量测点迹，Z_i(k)和第j个量测点迹Z_j(k)的距离，Z_i(k)是k时刻的第i个量测点迹，z_j ^l(k)为k时刻第j个量测的第l个分量，

是k+1时刻的第j个量测点迹的的第l个分量，

为所有量测中第l个分量中的最大速度，

为所有量测中第l个分量中最小速度，D_ij(k)表示为归一化距离平方，R_i(k)表示在测量误差独立、零均值且高斯分布情况下的协方差矩阵，d_ij表示第i个量测点迹和第j个量测点迹的距离矢量，d_ij'表示d_ij的转置，d_ij ^l(t)为k时刻的第i个量测点迹Z_i(k)与Z_j(k)间距离矢量的第l个分量，i＝1,2,…,n_k，n_k表示k时刻总共存在的点迹数量，D_ij(k)是服从自由度为p分布的χ2分布的随机变量，通过给定的门限概率查找自由度为p分布的χ2分布表获得门限γ，若D_ij(k)≤γ，则判定Zi(k)与Z_j(k+1)两个量测互联，t为雷达积累时间。

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