雷达航迹处理算法概述

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1、雷达航迹处理算法概述第一章绪论1.1课题研究背景和意义信息战是21世纪的主要作战样式。现代战争的发展，已经由原来的海、陆、空三维立体战，发展到现在的海、陆、空、天、卫等多维空间战。战争中各类信息源产生的信息也在呈指数上升，如何从如此庞大的信息量中正确、快速、有效的获取我们需要的信息，将信息优势转化为决策优势，是各国的重要研究课题[1]。雷达（包括各种传感器）作为信息的主要探测和接收设备成为数据处理的主要部分。而雷达数据处理在信息处理中居于核心地位。雷达的数据处理主要包含三个层次：第一个层次是雷达信号处理，它主要是从战场的复杂环境中提取有用的目标信息；第二个层次是雷达数据处

2、理，主要也是对航迹的处理，它可以分散在单个雷达进行处理，也可以在信息处理中心进行处理[2]；第三个层次是雷达数据融合，它主要是对第二个层次中雷达数据处理结果进行融合，从全局的角度给出一个更加接近客观战情判断。雷达的数据融合一般都是在信息处理中心完成。雷达航迹处理，作为雷达数据处理的重中之重，是形成信息优势的基础。雷达航迹处理有三个基本特性：实时性，准确性、高效性。在现代战争中，飞机的预警时间为几十分钟，导弹的预警时间从几十秒钟到几分钟不等，在如此短的时间内，要对目标进行拦截，这就需要在雷达航迹的处理中能够及时、准确的发现目标并对目标的运动轨迹做出预估[3]。雷达航迹处理主

3、要包括航迹起始与终结、航迹数据互联、航迹跟踪滤波三个方面。雷达航迹起始是目标进入雷达监测范围（被检测到）到建立航迹的过程[4]。航迹起始是雷达航迹处理的重要问题，如果航迹起始都不正确，那就更加没有办法实现航迹的正确跟踪。航迹起始的主要任务是在安静或嘈杂环境下建立目标航迹，一般来说，安静环境下的航迹起始更加容易完成，嘈杂环境下的航迹起始更加复杂[5]。在实际应用中，考虑到战场环境较为复杂，可能的航迹的数量太多，为了保证航迹起始的速度和效率问题，最常用的是直观法和逻辑法[6]。其他的航迹起始算法，因其复杂度较高或需要先验知识，很少能够应用在实际工程中[7,8]。1.2国内外研

4、究现状和发展趋势航迹起始是目标跟踪的第一步，是航迹数据互联和航迹跟踪滤波的前提。在航迹起始时，因为目标距离雷达较远，雷达的分辨率低、误差大，杂波出现的不确定性，使得航迹起始一直是一个难点问题[14]。多年来航迹处理研究虽然出现了很多成果，但航迹起始的研究却进展不大[15]。航迹起始技术主要分为两大类：顺序处理技术和批处理技术[16]。顺序处理技术以启发式规则和逻辑法为代表,主要用在相对安静的环境中；批处理技术多用于强杂波环境，主要是Hough变换及其各种改进算法。LeungL等人对上面几种算法进行过专门的研究，在虚警率要求不高的情况下，启发式规则和逻辑法的航迹起始效果较好

5、，但在复杂环境中，因为其虚警率太高，效果较差；在杂波情况下，Hough变换法有不错的航迹起始效果，但是在强杂波环境下，Hough变换法需要多次扫描才能较好实现航迹的起始，这时，容易出现组合爆炸的情况，使计算量过大，不适合快速航迹起始[11,17]。.第二章雷达航迹处理的基本概念2.1常用的坐标系量测的预处理很大一部分内容是坐标系的变换，下面介绍各种坐标系。2.1.1大地雷达测量坐标系大地雷达测量坐标系在航迹的数据处理里面是一种比较常用的坐标系，是以雷达天线为坐标原点建立的一个直角坐标系，Z轴为垂直于雷达处的地面，指向天顶；Y轴指向北极；X轴按右手准则指向东，即通常所说的北

6、天东坐标系。如图2-2我们使用的空间直角坐标系一般遵守右手定则，即拇指与其他四指垂直，拇指和其他四指所指的方向分别为X轴和Y轴，则手心方向为Z轴。在图2-2中，通过P点做XZ，XY，YX三个平面的平行面，分别交X，Y，Z轴于A，B，C，三点，若三点的值为x，y，z，则P点的坐标为（x，y，z）。2.1.2雷达极坐标系（或称雷达测量坐标系）目标在匀速直线运动或者匀加速直线运动的时候在大地雷达测量坐标系中外推和和滤波都是线性运算，此时便于计算。而雷达极坐标系是雷达探测目标的时候经常用到的表现方式，雷达极坐标系的定义和大地雷达测量坐标系是一样的，只是目标的表示有所不同。它以雷达

7、运载平台坐标系OXYZ为基准，将坐标原点O到目标间的距离r定义为径向距离；将径向距离在xy面内的投影与OY轴之间的夹角φ（0～360度）定义为方位角，顺时针方向为正；将径向距离与XY面之间的夹角θ定义为俯仰角（或高低角），向上为正（范围-90～90度）。如图2-3所示2.2波门在航迹起始、航迹数据互联、航迹跟踪滤波的时候都要用到相关波门，如何形成波门是多目标跟踪的首要问题。波门是以航迹预测点为中心的一块区域，通过这块区域来确定有无需要关联的目标[29]。真实量测落入波门且被检测到称为检测概率。若落入相关波门