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

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

多頻率連續(xù)波測距雷達(dá)。傳統(tǒng)的航跡起始方法1觀測模型和扇形波門為了討論的方便,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)量測量測值為三維量測(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)的量測方程為式中k時(shí)刻雷達(dá)量測值k=rkbkrk1.2響應(yīng)量測值a若相關(guān)是在測量坐標(biāo)系(極坐標(biāo)系)下進(jìn)行的,傳感器測得的目標(biāo)量測值r、b滿足則稱量測值r、b落入扇形波門內(nèi),改量測為候選回波.式中K2航跡起始波門及起始算法由于二次差頻連續(xù)波雷達(dá)前2次測距誤差很大,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)量測中含有精確的徑向速度2.1徑向速度差值波門及其徑向速度差值波門圖1為運(yùn)動目標(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2.2狀態(tài)為式中雷達(dá)量測根據(jù)1.2節(jié)扇形波門,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,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波門和量測位置設(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點(diǎn)跡為航跡頭.Step2如果第2次量測徑向速度滿足徑向速度波門,第1次量測和第2次量測徑向速度差值滿足徑向速度差值波門和量測位置滿足模糊距離波門,則建立可能航跡.Step3對每個(gè)可能的航跡直線,采用徑向速度、徑向速度差值波門和模糊距離波門方法先對第3次量測進(jìn)行篩選,滿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,采用扇形波門方法建立波門,若第3次量測落入波門則給予互聯(lián),若相關(guān)波門沒有量測,則用直線外推的預(yù)測值代替,建立臨時(shí)航跡,如果連續(xù)兩次都為預(yù)測值則取消該航跡.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)波門參與數(shù)據(jù)互聯(lián)判別的量測均作為新的航跡頭,轉(zhuǎn)Step1.3模擬分析3.1雷達(dá)量測入市扇形觀測區(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)量測落入扇形觀測區(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)量測點(diǎn),量測點(diǎn)落入扇形觀測區(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,落入波門的概率就會增大,當(dāng)m=2,n=2就已經(jīng)基本滿足落入概率要求.理論上由于側(cè)向和測距誤差都服從零均值高斯分布,當(dāng)m=2,n=2時(shí),量測點(diǎn)落入扇形觀測區(qū)域的概率為95.05%.由此可以確定雷達(dá)量測點(diǎn)絕大部分落入在m=2,n=2的扇形觀測區(qū)域內(nèi),為后面模糊距離波門門限大小的確定提供了理論依據(jù).3.2采用模糊距離波門的航跡起始仿真假定目標(biāo)做勻速直線運(yùn)動,使用一個(gè)2D雷達(dá)對目標(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)勢如圖4所示(其中,代表真實(shí)的量測航跡點(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的航跡起始結(jié)果和不使用模糊距離波門的航跡起始結(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和扇形波門配合使用的模糊距離波門,應(yīng)用于二次差頻連續(xù)波雷達(dá)的航跡起始