基于二次预测处理的闭环跟踪方法

魏文博，杨雪亚

（中国电子科技集团第三十八研究所，安徽　合肥　230088）

基于二次预测处理的闭环跟踪方法

魏文博，杨雪亚

（中国电子科技集团第三十八研究所，安徽合肥230088）

研究了相控阵雷达多任务时闭环跟踪波束调度数据率不固定的问题，提出一种基于二次预测处理的闭环跟踪方法。该方法通过对前一时刻滤波结果进行二次预测，降低了近距离伴飞或虚警点被关联成跟踪目标的风险。

相控阵雷达；闭环跟踪；二次预测

引言

自1956年美国首台采用单脉冲技术的高精度跟踪测量雷达成功研制以来，精密跟踪测量雷达已广泛应用于空间探测领域，以及各类靶场武器测控系统［1］。多数常规跟踪测量雷达采用反射面天线结合伺服转台对单个目标实施连续高数率跟踪，并提供高精度的多维测量数据。

随着武器装备新型测控任务不断出现，实现多目标同时测量逐渐成为靶场能力建设的迫切需求［2-3］。相控阵雷达以快速的波束切换能力，具备对指定空域和多个目标同时进行搜索、确认和跟踪能力［4-5］。为充分利用时间能量资源，相控阵雷达需要根据目标数量、空域分布情况和关注程度，进行跟踪资源的自适应编排，从而实现雷达系统资源最大和最优利用［5-7］。在相控阵雷达多目标跟踪测量过程中，由于存在同时多个波束调度申请，因此需要根据目标的重要程度对多个任务重新进行编排。这将导致实现雷达波束调度时间的精确控制存在较大难度。

本文结合相控阵雷达自适应波束调度中存在的数据率不固定问题，提出了一种基于二次预测的处理的闭环跟踪方法，较好地解决了跟踪数据率跳动问题，并获得了较好效果。

1　信号模型

在跟踪测量雷达对重点目标的闭环跟踪过程中，可采用多种滤波器实现对目标参数的连续自动跟踪。这里以α-β-γ滤波器为例进行说明，闭环跟踪系统根据目标的特点设定跟踪滤波器α、β和γ三个参数的大小，以达到最佳匹配目标距离的变化特性，并能保持系统的跟踪稳定性［8］。

设xm为参数测量值分别为参数及速度和加速度预测值分别为参数及速度和加速度平滑滤波值，Δx为参数误差，T为跟踪数据周期，k为跟踪时刻，则递推方程如下：

平滑方程：

预测方程：

如果调度数据率不固定，即上式方程中前后帧时间间隔为Tt=T+ΔT，则式（5）变为：

由于ΔT的随机性，对下一跟踪时刻的预测值将产生随即误差：

因而需要增大跟踪时开窗范围，这将增加近距离伴飞目标或虚警点被关联成跟踪目标的风险和概率。

2　二次预测处理

虽然前一时刻对下一时刻进行预测时无法得到调度的时间差，但根据实际调度时间可获得精确的实际时间间隔。因此，可以利用实际调度的时间间隔由前一时刻的信息重新进行预测，即二次预测，消除数据率跳动带来的预测累积误差，具体流程如下：

1）由目标点迹带回的实际调度时间信息，更新前一时刻tk-1对实际调度时刻tk的预测值，并由前一时刻的目标信息重新对实际调度时刻tk进行预测，包括监视滤波器的二次预测和工作滤波器的二次预测。

2）对监视滤波器做完二次预测之后，更新目标的预测加速度、预测方位和俯仰加速度等信息。

3）由监视滤波器的二次预测的加速度等信息确定目标的状态，进行滤波器状态转移。

4）利用工作滤波器的二次预测值及当前实际量测值，进行闭环跟踪点迹关联和滤波处理，并对后一时刻进行预测（实际上在后一时刻tk-1闭环跟踪开始之前当前时刻的预测值会被替换掉）。

5）同样地，对监视滤波器重复4）步骤。

二次预测的流程框图如图1所示。

图1　二次预测处理框图

二次预测的方法虽然不会改变波束调度的信息，但通过二次预测可以改善闭环跟踪点迹关联时的预测点位置精度，收窄关联窗的大小，尤其是距离。

3　计算机仿真结果

以某雷达试验数据为例，给出闭环跟踪实时处理结果，其中跟踪数据率为2Hz，理论调度周期是500ms。图2是实际调度时间间隔和理论调度周期的差别，可见，时间误差在几十毫秒至数百毫秒不等，而时间误差在当前时刻是未知的，做滤波和预测时仍然按照500ms的理论数据率进行处理，必然导致预测值存在较大的波动。图3给出了常规处理和二次预测处理的距离关联误差，由于调度时间误差起伏较大，导致当前时刻的测量值和前一时刻对当前时刻的预测值之间的差别跳动很大，而使用二次预测处理之后，两者之间的误差和波动明显减小，因此可以将开窗距离门减小，降低了虚警概率，提高雷达对导弹试验中头体分离的识别度。

图2　调度时间误差

图3　改进前后效果对比

4　结语

本文提出了一种基于二次预测的闭环跟踪处理方法，由当前时刻得到的调度时间差再进行一次预测处理，解决了调度时间不固定引起的预测误差大的问题，提高了真实目标的关联成功率。实测数据处理结果验证了本方法的有效性。

［1］王德纯.精密跟踪测量雷达技术［M］.北京:电子工业出版社，2002.

［2］沈荣骏.我国测控系统发展回顾及未来工作建议［J］.飞行器测控学报，2009（3）:1-2.

［3］房鸿瑞.导弹航天测控新技术管窥［J］.遥测遥控，2007（3）:1-8.

［4］张光义.空间探测相控阵雷达［M］.北京:科学出版社，2001.

［5］付林，唐霜天，刘春艳.多功能相控阵雷达系统资源管理与调度技术［J］.雷达与对抗，2009（1）:7-8.

［6］侯泽欣.多功能相控阵雷达资源调度理论与方法［D］.北京:中国舰船研究院，2013.

［7］毛依娜.相控阵雷达在跟踪模式下的资源管理及任务调度研究［D］.西安:西安电子科技大学，2011.

［8］何友.雷达数据处理及应用［M］.北京:电子工业出版社，2009.

（编辑：王佳艺）

Close-Loop Tracking Method Based on Second-Prediction

Wei Wenbo，Yang Xueya
（China Electronic Science and Technology Group 38 Institute Research Institute，Hefei Anhui230088）

Phased array radar is studied whenmultitasking closed-loop tracking data rate is not fixed beam scheduling problem，in this paper，a closed-loop tracking method based on quadratic prediction processing.The moment before the method based on quadratic prediction filtering results，reducing the close companion flies or false alarm pointswere correlated to the risk of tracking target.

phased array radar；close-loop tracking；second-prediction

TN958.92

A

2095-0748（2016）11-0025-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.11.10

2016-04-22

国家高技术研究发展计划“863”项目（No.2014AA7052010）

魏文博（1979—），男，陕西宝鸡人，博士，高级工程师，研究方向：雷达总体设计及反导预警雷达技术；杨雪亚（1984—），男，安徽阜阳人，博士，高级工程师，研究方向：雷达信号处理和阵列信号处理。