一种用于二次差频连续波雷达航迹起始的模糊距离波门

一种用于二次差频连续波雷达航迹起始的模糊距离波门

多频率连续波测距雷达。传统的航迹起始方法1观测模型和扇形波门为了讨论的方便,本文只考虑目标为二维情况,其结果可以推广到三维情况.1.1径向速度方位角雷达量测量测值为三维量测(极坐标系),包括径向距离r、径向速度r和方位角b,其数学模型径向速度方位角雷达的量测方程为式中k时刻雷达量测值k=rkbkrk1.2响应量测值a若相关是在测量坐标系(极坐标系)下进行的,传感器测得的目标量测值r、b满足则称量测值r、b落入扇形波门内,改量测为候选回波.式中K2航迹起始波门及起始算法由于二次差频连续波雷达前2次测距误差很大,标准差分别约为5km和1.25km,在如此大的位置误差下,传统的航迹起始方法变得十分困难.考虑到多频连续波雷达量测中含有精确的径向速度2.1径向速度差值波门及其径向速度差值波门图1为运动目标速度V分解为切向分量V由图1可确定,目标速度V可以分解为切向速度V根据直观法式中V根据矢量运算法由式(7)知,若用直角坐标点来表示此矢量则为Vcosbcosb,Vcosbsinb,故在k和k+1时刻径向速度的矢量表示分别为��Vcosbkcosbk,Vcosbksinbk,Vcosbk+1cosbk+1,Vcosbk+1sinbk+1,由此,k+1T时刻目标径向速度与kT时刻的矢量差为故,径向速度大小的变化量为因而,由式(11)推得相邻扫描时刻的径向速度差值波门2.2状态为式中雷达量测根据1.2节扇形波门,假设目标在时刻的真实位置状态为式中m和n分别为径向距离标准差假设k和k+1分别表示雷达在第k和k+1时刻量测,k和k+1分别表示目标在第k和k+1时刻的真实位置,V2.3波门和量测位置设定航迹基于以上研究,确定航迹起始算法如下:Step1第1次扫描中得到的量测点迹为航迹头.Step2如果第2次量测径向速度满足径向速度波门,第1次量测和第2次量测径向速度差值满足径向速度差值波门和量测位置满足模糊距离波门,则建立可能航迹.Step3对每个可能的航迹直线,采用径向速度、径向速度差值波门和模糊距离波门方法先对第3次量测进行筛选,满足条件的可能航迹进行直线外推,求取新息和新息协方差,采用扇形波门方法建立波门,若第3次量测落入波门则给予互联,若相关波门没有量测,则用直线外推的预测值代替,建立临时航迹,如果连续两次都为预测值则取消该航迹.Step4重复Step1Step3,直到形成稳定航迹,完成航迹起始,转入跟踪环节.Step5在历次扫描中,未落入相关波门参与数据互联判别的量测均作为新的航迹头,转Step1.3模拟分析3.1雷达量测入市扇形观测区域的情况假定目标的初始位置为(70km,70km),目标的速度为v仿真中,径向距离的量测方差为每4次一个周期,在周期内方差从大到小以16倍的速度递减,依此往复循环,假设第一次扫描的量测方差为当m=2、n=2,目标做水平飞行时,雷达扫描8次,在笛卡尔坐标系第二象限中雷达量测落入扇形观测区域的情况如图3所示.当目标做水平飞行时,改变m、n的值,取前8个量测点,量测点落入扇形观测区域的情况如表1所示.从表1可以看出当增大m、n的值,落入波门的概率就会增大,当m=2,n=2就已经基本满足落入概率要求.理论上由于侧向和测距误差都服从零均值高斯分布,当m=2,n=2时,量测点落入扇形观测区域的概率为95.05%.由此可以确定雷达量测点绝大部分落入在m=2,n=2的扇形观测区域内,为后面模糊距离波门门限大小的确定提供了理论依据.3.2采用模糊距离波门的航迹起始仿真假定目标做匀速直线运动,使用一个2D雷达对目标进行跟踪,5个目标的初始位置为:(55km,55km)、(45km,45km)、(35km,35km)、(25km,25km)、(15km,15km),速度均为v每个周期的杂波个数是按泊松分布确定的确定出J,则J就是要产生的杂波个数.在确定出J后,每个周期的J个杂波按均匀分布随机分布在雷达视域范围内.取=50,在连续4个扫描周期内产生的杂波点与目标真实点的态势如图4所示(其中,代表真实的量测航迹点,*代表第1次扫描时的杂波点,代表第2次扫描时的杂波点,+代表第3次扫描时的杂波点,代表第4次扫描时的杂波点).按照3.1节的仿真分析,取m=2,则使用模糊距离波门的航迹起始结果和不使用模糊距离波门的航迹起始结果如图5所示.从图5航迹起始的比较可以看出,5个目标在同一时刻相距较远但径向速度基本一致的情况下,添加模糊距离波门进行航迹起始可以有效地去除部分虚假航迹.4理论分析和实验仿真本文针对二次差频连续波雷达的特点,提出了一种与径向速度及其差值波门和扇形波门配合使用的模糊距离波门,应用于二次差频连续波雷达的航迹起始