一種用于二次差頻連續(xù)波雷達(dá)航跡起始的模糊距離波門(mén)

一種用于二次差頻連續(xù)波雷達(dá)航跡起始的模糊距離波門(mén)

多頻率連續(xù)波測(cè)距雷達(dá)。傳統(tǒng)的航跡起始方法1觀測(cè)模型和扇形波門(mén)為了討論的方便,本文只考慮目標(biāo)為二維情況,其結(jié)果可以推廣到三維情況.1.1徑向速度方位角雷達(dá)量測(cè)量測(cè)值為三維量測(cè)(極坐標(biāo)系),包括徑向距離r、徑向速度r和方位角b,其數(shù)學(xué)模型徑向速度方位角雷達(dá)的量測(cè)方程為式中k時(shí)刻雷達(dá)量測(cè)值k=rkbkrk1.2響應(yīng)量測(cè)值a若相關(guān)是在測(cè)量坐標(biāo)系(極坐標(biāo)系)下進(jìn)行的,傳感器測(cè)得的目標(biāo)量測(cè)值r、b滿(mǎn)足則稱(chēng)量測(cè)值r、b落入扇形波門(mén)內(nèi),改量測(cè)為候選回波.式中K2航跡起始波門(mén)及起始算法由于二次差頻連續(xù)波雷達(dá)前2次測(cè)距誤差很大,標(biāo)準(zhǔn)差分別約為5km和1.25km,在如此大的位置誤差下,傳統(tǒng)的航跡起始方法變得十分困難.考慮到多頻連續(xù)波雷達(dá)量測(cè)中含有精確的徑向速度2.1徑向速度差值波門(mén)及其徑向速度差值波門(mén)圖1為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)速度V分解為切向分量V由圖1可確定,目標(biāo)速度V可以分解為切向速度V根據(jù)直觀法式中V根據(jù)矢量運(yùn)算法由式(7)知,若用直角坐標(biāo)點(diǎn)來(lái)表示此矢量則為Vcosbcosb,Vcosbsinb,故在k和k+1時(shí)刻徑向速度的矢量表示分別為??Vcosbkcosbk,Vcosbksinbk,Vcosbk+1cosbk+1,Vcosbk+1sinbk+1,由此,k+1T時(shí)刻目標(biāo)徑向速度與kT時(shí)刻的矢量差為故,徑向速度大小的變化量為因而,由式(11)推得相鄰掃描時(shí)刻的徑向速度差值波門(mén)2.2狀態(tài)為式中雷達(dá)量測(cè)根據(jù)1.2節(jié)扇形波門(mén),假設(shè)目標(biāo)在時(shí)刻的真實(shí)位置狀態(tài)為式中m和n分別為徑向距離標(biāo)準(zhǔn)差假設(shè)k和k+1分別表示雷達(dá)在第k和k+1時(shí)刻量測(cè),k和k+1分別表示目標(biāo)在第k和k+1時(shí)刻的真實(shí)位置,V2.3波門(mén)和量測(cè)位置設(shè)定航跡基于以上研究,確定航跡起始算法如下:Step1第1次掃描中得到的量測(cè)點(diǎn)跡為航跡頭.Step2如果第2次量測(cè)徑向速度滿(mǎn)足徑向速度波門(mén),第1次量測(cè)和第2次量測(cè)徑向速度差值滿(mǎn)足徑向速度差值波門(mén)和量測(cè)位置滿(mǎn)足模糊距離波門(mén),則建立可能航跡.Step3對(duì)每個(gè)可能的航跡直線,采用徑向速度、徑向速度差值波門(mén)和模糊距離波門(mén)方法先對(duì)第3次量測(cè)進(jìn)行篩選,滿(mǎn)足條件的可能航跡進(jìn)行直線外推,求取新息和新息協(xié)方差,采用扇形波門(mén)方法建立波門(mén),若第3次量測(cè)落入波門(mén)則給予互聯(lián),若相關(guān)波門(mén)沒(méi)有量測(cè),則用直線外推的預(yù)測(cè)值代替,建立臨時(shí)航跡,如果連續(xù)兩次都為預(yù)測(cè)值則取消該航跡.Step4重復(fù)Step1Step3,直到形成穩(wěn)定航跡,完成航跡起始,轉(zhuǎn)入跟蹤環(huán)節(jié).Step5在歷次掃描中,未落入相關(guān)波門(mén)參與數(shù)據(jù)互聯(lián)判別的量測(cè)均作為新的航跡頭,轉(zhuǎn)Step1.3模擬分析3.1雷達(dá)量測(cè)入市扇形觀測(cè)區(qū)域的情況假定目標(biāo)的初始位置為(70km,70km),目標(biāo)的速度為v仿真中,徑向距離的量測(cè)方差為每4次一個(gè)周期,在周期內(nèi)方差從大到小以16倍的速度遞減,依此往復(fù)循環(huán),假設(shè)第一次掃描的量測(cè)方差為當(dāng)m=2、n=2,目標(biāo)做水平飛行時(shí),雷達(dá)掃描8次,在笛卡爾坐標(biāo)系第二象限中雷達(dá)量測(cè)落入扇形觀測(cè)區(qū)域的情況如圖3所示.當(dāng)目標(biāo)做水平飛行時(shí),改變m、n的值,取前8個(gè)量測(cè)點(diǎn),量測(cè)點(diǎn)落入扇形觀測(cè)區(qū)域的情況如表1所示.從表1可以看出當(dāng)增大m、n的值,落入波門(mén)的概率就會(huì)增大,當(dāng)m=2,n=2就已經(jīng)基本滿(mǎn)足落入概率要求.理論上由于側(cè)向和測(cè)距誤差都服從零均值高斯分布,當(dāng)m=2,n=2時(shí),量測(cè)點(diǎn)落入扇形觀測(cè)區(qū)域的概率為95.05%.由此可以確定雷達(dá)量測(cè)點(diǎn)絕大部分落入在m=2,n=2的扇形觀測(cè)區(qū)域內(nèi),為后面模糊距離波門(mén)門(mén)限大小的確定提供了理論依據(jù).3.2采用模糊距離波門(mén)的航跡起始仿真假定目標(biāo)做勻速直線運(yùn)動(dòng),使用一個(gè)2D雷達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤,5個(gè)目標(biāo)的初始位置為:(55km,55km)、(45km,45km)、(35km,35km)、(25km,25km)、(15km,15km),速度均為v每個(gè)周期的雜波個(gè)數(shù)是按泊松分布確定的確定出J,則J就是要產(chǎn)生的雜波個(gè)數(shù).在確定出J后,每個(gè)周期的J個(gè)雜波按均勻分布隨機(jī)分布在雷達(dá)視域范圍內(nèi).取=50,在連續(xù)4個(gè)掃描周期內(nèi)產(chǎn)生的雜波點(diǎn)與目標(biāo)真實(shí)點(diǎn)的態(tài)勢(shì)如圖4所示(其中,代表真實(shí)的量測(cè)航跡點(diǎn),*代表第1次掃描時(shí)的雜波點(diǎn),代表第2次掃描時(shí)的雜波點(diǎn),+代表第3次掃描時(shí)的雜波點(diǎn),代表第4次掃描時(shí)的雜波點(diǎn)).按照3.1節(jié)的仿真分析,取m=2,則使用模糊距離波門(mén)的航跡起始結(jié)果和不使用模糊距離波門(mén)的航跡起始結(jié)果如圖5所示.從圖5航跡起始的比較可以看出,5個(gè)目標(biāo)在同一時(shí)刻相距較遠(yuǎn)但徑向速度基本一致的情況下,添加模糊距離波門(mén)進(jìn)行航跡起始可以有效地去除部分虛假航跡.4理論分析和實(shí)驗(yàn)仿真本文針對(duì)二次差頻連續(xù)波雷達(dá)的特點(diǎn),提出了一種與徑向速度及其差值波門(mén)和扇形波門(mén)配合使用的模糊距離波門(mén),應(yīng)用于二次差頻連續(xù)波雷達(dá)的航跡起始