测控雷达的目标跟踪与定位研究

葛明勇

摘 要:近年来民用和军事上对测控雷达的目标定位与跟踪的精准度要求越来越高,因此对多目标的时时跟踪成为了科研人员的关注焦点,对数据的处理和捕捉目标的快速性也作为评判跟踪算法的主要目标。

关键词:雷达跟踪数据处理目标定位

中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(c)-0013-01

1 绪论

1.1 研究背景

测控雷达的目标跟踪和定位实质上就是对目标状态的实时跟踪滤波问题,简单些说,就是根据我们需要从传感器上获得的目标量测数据,根据这些数据经过固定的算法对目标物体进行定位。目前在军事和民用领域中都有广泛的应用,所以目标定位与跟踪必须要可靠而精准。在国防领域,目标跟踪技术可用于探测敌方导弹驶向、跟踪敌方舰船和监测国家特殊工作人员的地理位置等。在民用方面,目标跟踪与定位则用于无人驾驶自用车的跟踪、城市的交通管制、机器人的障碍躲避等。因此测控雷达在目标跟踪与定位在国计民生的生活生产中起着举足轻重的作用。

目前测控雷达方面的科研人员的主要研究方向集中在机动目标的跟踪问题上。机动目标在运动时,它的飞行速度、飞行方向、飞行弧线半径等参数随时随地在变化,而且在目标移动的过程中会有很多来自其他物体的干扰,因此必须采用更为优越的雷达跟踪技术,同时它考验了测控雷达的性能。在军事和民用领域上需要对目标物体的动态做到时时跟踪和控制,这就要求了雷达目标跟踪的连续性和雷达反馈数据的完整性要高。除此之外对迅速的反应捕捉目标、多目标跟踪、反馈数据的处理、捕捉目标的定位方法等要求越来越高。应用于军事领域的测控雷达还应具备探测隐形飞机这样的小雷达散射截面目标的能力。

1.2 测控雷达的目标跟踪定位的国际发展现状

目前国际上应用在测控雷达上的技术主要有以下4个:(1)超高性能多核计算机应用在对待捕捉目标的探测上基本实现了测控雷达的自动化智能化,对技术人员和操作人员需求量减少,以至于成为无人值守体状态。(2)采用先进的收发装置使得监测到的数据十分可靠,而且设备维修和更换方便。(3)在可靠性方面,测控雷达具有了更为完善和自适应自学习的自动检测故障功能。(4)测控雷达系统和卫星中继通信系统的配合使用,使得雷达的抗干扰性能和自动化水平显著提高,这样即可以屏蔽其他干扰信号又能防止敌方侦听、截获、干扰和他人破坏。

2 针对多目标的跟踪与定位方法研究

当捕捉目标多个时,或许其中有几个目标都在运动,这样要做到时时跟踪就必须采用机动检测的跟踪算法。多目标跟踪技术有着广泛的应用,如防御敌方导弹,海陆空三方面探测和空中交通秩序梳理等。

检测手段采用平均信息法,一旦机动信息被检测到,滤波器就要使用更高维数的状态量测,新的状态量被附加上,基于此计算出新的模型。再由非机动检测器检测机动消除并转换到原来的模型。该算法只关注目标的现时动态,得到的定位信息和过去的状态没有任何关系,因此对动态的目标监测具有较好的性能。

机动检测的跟踪算法的基本思想是机动的发生会改变原来我们已经建立的模型,因而会造成目标状态的预估计值偏离了固有状态,滤波残差特性发生变化。因此,技术人员可以通过观测目标运动的残差变化来预测目标是否发生机动或机动结束,基于以上观察,我们在进一步对调整跟踪算法,即进行噪声方差时刻调整或模型时时转换,通过按照某一算法去调整滤波增益和滤波器的结构,以便能实现更好地跟踪目标。

3 测控雷达的数据处理

现代的雷达采用数字计算机完成数据的处理操作。我们利用参数估计的技术可以实现对雷达测量值进行目标的具体位置、速度、加速度等运动参数进行全面估计;形成各种关于目标物体的数据信息;估计目标物体的预计位置、攻击目标、颜色状态以及下一状态。测控雷达数据处理步骤分为以下五部分:1.数据格式化2.数据的校正3.坐标变换4.跟踪滤波器的处理5.目标航迹处理。

(1)数据统一制式

我们知道测控雷达探测到的数据形式模拟量居多,但是计算机只能处理数字量,因此模拟量经接收系统处理后方可进入计算机。雷达对测量到的数据的存储采用统一的格式,首先要对测量到的数据编程为若干个单元,每个单元只能接收固定时间点测量到的数据。雷达数据字作为数据统一制式的原始量,编号后即送入计算机存储器内的固定存储位置。

(2)数据校正

数据校正主要用到的数学理论知识是数据的无偏估计和插值法补偿校正。为保证测控雷达测量的数据准确无误,我们需要预先把一批校正补偿辅助数据存储于计算机中。当雷达工作时,根据测量到的数据寻找校正量的存储地址,最后用插值法对测控雷达测量值进行校正和补偿,这样可以做到数据的精确。

(3)坐标变换

众所周知,在数学计算中如果目标运动方程极其复杂,可以通过选择合适的坐标系将其简化,并且有利于数据的进一步计算处理。雷达测量数据环节主要依靠的而且必不可少的设备是天线。他测量出的大部分数据是以球坐标系为基础的,如方位、距离和状态等。有时为了简化计算我们需要将球坐标中的数据转换到直角坐标系中,直角坐标系也是我们的首选坐标系。例如,在球坐标系中观察到目标物体的加速度具有在几何分量的合成不能代表目标在惯性空间的运动特征。若数据处理也在雷达球坐标系中进行,会由于高阶导数和视在角加速度的存在导致测控雷达数据的处理复杂化,或者产生较大的误差。对测量数据的精准度影响较大。

(4)跟踪滤波器的数据处理

高效率的递归滤波器能够从一系列的不完全包含噪声的测量中,估计动态系统的状态。对物体位置的,包含噪声的观察序列预测出物体的坐标位置及速度.在很多工程应用中都可以找到它的身影.跟踪滤波器是雷达数据处理系统的核心装置,为了做到数据精确获取,测控雷达系统必须采用高效率的滤波器。

跟踪滤波器根据雷达的测量值时时估计目标速度、方位等运动参数信息并运用迭代关系式推算出目标的下一时刻的位置和方位。这个预算值可以作为和实测值进行比较的依据,以便对目标物体运动状态突变作出相应。

4 结语

现代雷达系统在多目标的时时跟踪较之过去有了很大改善,定位方法日益更新,而且捕捉目标的反应速度也大大增强。目前雷达系统多采用多雷达协同工作,对一个测量目标做到精准定位和跟踪,设置在不同地点的若干部雷达组成雷达网,各站在对目标进行监测时的测量方位、分辨率、侧重点及作用等不尽相同。总体上测控雷达系统向着自动化智能化方向大步迈进。

参考文献

[1] 赵艳丽,王雪松等.多假目标欺骗干扰下组网雷达跟踪技术,2007

[2] 饶彬,孝顺平等.导弹突防电子假目标弹道特性的数学分析,2010

[3] 赵薇,时宏伟等.基于线性回归的雷达数据虚假目标判定方法,2010

[4] 黄培康,闫锦等.弹道导弹(BM)对抗中的识别与反识别技术.