一種多雷達(dá)多目標(biāo)抗系統(tǒng)誤差航跡起始方法

一種多雷達(dá)多目標(biāo)抗系統(tǒng)誤差航跡起始方法

多雷達(dá)系統(tǒng)誤差估計算法雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在軍事和民事領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。因為它可以帶來很多特殊的效果。然而在實(shí)際應(yīng)用中,雷達(dá)系統(tǒng)在使用過程中不可避免地會產(chǎn)生距離、方位、俯仰系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差的存在易導(dǎo)致多雷達(dá)融合系統(tǒng)對同一個目標(biāo)生成多條航跡,產(chǎn)生虛假航跡;在目標(biāo)密集、編隊飛行等復(fù)雜的場景中造成數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)混亂、航跡丟失、精度下降,使融合失去意義。因此,要進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)互聯(lián)必須首先對雷達(dá)系統(tǒng)誤差進(jìn)行估計與補(bǔ)償,然而所有的系統(tǒng)誤差估計算法又都建立在數(shù)據(jù)正確關(guān)聯(lián)的前提之上,這似乎陷入了一個無解的怪圈。本質(zhì)上,任何多雷達(dá)多目標(biāo)(MSMT)跟蹤系統(tǒng)成功的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法的有效性。從數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法著手是打開上述無解圈的一把鑰匙。一些研究者提出了基于目標(biāo)之間拓?fù)湫畔⒌臄?shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法目前處理航跡起始問題的方法主要有兩類:順序法(如基于邏輯的方法)和批處理法(如Hough變換法)1整體相關(guān)分配本方法首先借鑒航跡起始方法中的邏輯法提取同源(單雷達(dá))點(diǎn)跡初始相關(guān)序列,然后從彼此間距較近的相關(guān)點(diǎn)跡序列集合(亦稱為一個聚)中,按近鄰相關(guān)的假設(shè)進(jìn)行整體相關(guān)分配,根據(jù)最優(yōu)相關(guān)分配結(jié)果重構(gòu)初始相關(guān)序列,經(jīng)目標(biāo)初始狀態(tài)估計后生成起始航跡。1.1跡初始相關(guān)序列以當(dāng)前接收點(diǎn)跡為航跡頭,利用初始相關(guān)波門、后續(xù)相關(guān)波門找出來自可能航跡的所有同一雷達(dá)的量測集合,獲得這些量測的擬合曲線,由量測與擬合曲線之間的偏差確定擬合度,達(dá)到一定擬合度的量測集合稱為點(diǎn)跡初始相關(guān)序列,該雷達(dá)稱為此相關(guān)序列基準(zhǔn)源。初始相關(guān)波門的選擇與系統(tǒng)能力及其打擊的目標(biāo)特性有關(guān),有圓形、環(huán)形、扇形等。對空中快速目標(biāo),通常選用扇環(huán)形初始相關(guān)域,給定點(diǎn)P0(x0,y0)及參數(shù)R根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動假定,以及目標(biāo)當(dāng)前點(diǎn)位置和初始相關(guān)域中相關(guān)點(diǎn)的位置,預(yù)測目標(biāo)在前數(shù)第i個周期中的量測位置,然后以此預(yù)測點(diǎn)為中心,建立后續(xù)相關(guān)域,后續(xù)相關(guān)域大小由航跡外推誤差協(xié)方差確定。在目標(biāo)一次運(yùn)動假定下,預(yù)測點(diǎn)的計算如下:其中,X的P對形如式(4)的初始相關(guān)序列,可求得各點(diǎn)P設(shè)初始?xì)埐畹燃夐T限值φ=5,當(dāng)某一相關(guān)序列的殘差等級小于該值時,可認(rèn)為該相關(guān)序列可能為一起始航跡。1.2相關(guān)序列近自然分配運(yùn)用模式識別中的聚類思想,最大允許系統(tǒng)誤差條件下,對可能為同一目標(biāo)的相關(guān)序列進(jìn)行聚類,然后按非同源序列近鄰相關(guān)的假設(shè),進(jìn)行聚內(nèi)的整體分配。聚類規(guī)則與分配算法描述如下。(1)聚類規(guī)則其中表示兩個相關(guān)序列之間相似,以具有任一共同相似元的所有相關(guān)序列歸為一類。(2)分配算法聚類中的不同雷達(dá)相關(guān)序列之間的分配問題構(gòu)成一類最優(yōu)規(guī)劃問題。為描述方便,以兩個雷達(dá)構(gòu)成的多源跟蹤系統(tǒng)為例,設(shè)聚類中有N個雷達(dá)1構(gòu)成的相關(guān)序列,有M個雷達(dá)2構(gòu)成的相關(guān)序列。本文采用的分配方法如圖1所示,對每一聚類,構(gòu)造相似矩陣,提取聚中被爭執(zhí)序列,對被爭執(zhí)序列按照多假設(shè)分配方法進(jìn)行非同源相關(guān)序列同一目標(biāo)匹配。詳細(xì)描述如下:(1)相似矩陣A=(a(2)若矩陣中第i行的所有元素之和大于1,即:(3)窮舉計算ψ將聚中所有來自于雷達(dá)s的相關(guān)序列疊加此偏差σ(4)疊加后進(jìn)行最近鄰分配獲得匹配Ω若則(ψ(5)對每個匹配Ω其中,P為匹配Ω(6)取所有匹配中最小代價匹配為最終匹配結(jié)果,即:1.3航跡起始狀態(tài)的估計經(jīng)相關(guān)序列整體分配后,對所有確定為同一目標(biāo)的非同源相關(guān)序列進(jìn)行“合并”,再進(jìn)行目標(biāo)初始狀態(tài)的估計。此處的合并,主要是指在異類雷達(dá)如三坐標(biāo)與兩坐標(biāo)雷達(dá)組網(wǎng)進(jìn)行航跡起始時,且以兩坐標(biāo)雷達(dá)測量作為首選輸出時,用三坐標(biāo)量測的俯仰角的內(nèi)插外推值對二坐標(biāo)量測進(jìn)行補(bǔ)償。然后,基于目標(biāo)航線為直線或無較大機(jī)動的假設(shè),采用KALMAN濾波算法進(jìn)行目標(biāo)初始狀態(tài)估計。2仿真場景仿真考慮如圖2所示的仿真場景:8批目標(biāo)間距1.8km,從80km處向我平臺靠近,運(yùn)動速度400m/s。雷達(dá)特性如表1所示。對比圖3和圖4可以發(fā)現(xiàn),在此仿真場景下,采用傳統(tǒng)不考慮系統(tǒng)誤差存在時的航跡起始算法,初始建航個數(shù)達(dá)12批,且由于初始建航對于目標(biāo)初始狀態(tài)估計的偏差,導(dǎo)致航跡跟蹤穩(wěn)定性的降低。而采用本文所述算法,初始建航數(shù)與真實(shí)目標(biāo)數(shù)一致,且航跡穩(wěn)定連續(xù)。3航跡起始算法本文提出的多雷達(dá)抗系統(tǒng)誤差航跡起始方法:借鑒單雷達(dá)航跡處理中航跡起始思路,采用邏輯法尋找多雷達(dá)相關(guān)序列,然后按近鄰相關(guān)的假設(shè)進(jìn)行整體相關(guān)分配。與傳統(tǒng)不考慮雷達(dá)系統(tǒng)誤差的航跡起始算法相比,該方法能夠較好地解決由于多雷達(dá)系統(tǒng)誤差而造成的虛假、冗余航跡問題,提高航跡起始正確率。另外,因為本文算法利用多雷達(dá)數(shù)據(jù)之間的相互印證,因此,初始相關(guān)序列