一种基于地面目标机动特性的航迹处理方法

朱广毓 涂婷 韦成

摘要：本文从实际工程应用出发，简要分析了地面目标的机动性运动特征，描述了两种航迹起始方法，将临时航迹、航迹质量应用到逻辑比较法中，更适应复杂环境下地面目标航迹的处理流程，有效地解决波门内干扰目标的影响。最后针对实际试验过程中遇到的问题，总结出准确计算稳定航迹的方位、距离、运动机动特性的处理方法，得到了理想的航迹跟踪效果。

关键词：多普勒速率；航迹起始；航迹质量；航迹相关

中图分类号：TB5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）05-0064-02

1 引言

雷达航迹处理目的是将检测到的杂乱无章的目标点迹按照一定的要求进行关联，是雷达数据处理中非常重要的一个环节，它具有实时性、准确性和高效性三个基本特征。在对地面目标的侦察过程中，如何在很短的时间内排除干扰目标的影响，及时准确地建立航迹，直接关系到雷达的使用效果。

本文以常见的脉冲雷达为基础，从地面目标的机动性运动特征入手，通过对航迹质量进行管理，系统性分析航迹起始与相关过程的算法优劣性，结合实际工程实际提出一种航迹改良算法，进而得到更加准确的目标位置信息。

2 地面目标的机动性运动特征

雷达量测值为地面目标的距离和方位信息，当采用极坐标系（距离-方位）作为跟踪坐标系时，直角坐标系内的匀速直线运动[1]（径向运动除外）的目标表象的运动特性则是带有加速度的机动运动。为了消除此伪加速度的影响，我们在距离、方位角方向均采用有加速度扰动的目标机动模型，该模型描述如下：

Dk、Vk、分别表示k时刻的目标距离、多普勒速率（径向速度）及径向加速度；θk、、分别表示k时刻的目标角速度、方位角速度及方位加速度。

3 航迹质量管理

地面目标的机动与繁多反映出来的特性表明，地面航迹的起始和相关过程会比较频繁。为了更好地管理航迹，在论证过程中采用航迹“质量”的概念。它一定程度反映出航迹的一个稳定状态。

一般地，设定质量管理流程如下：

当航迹起始时，航迹处于不稳定的状态，我们设置其初始质量为3；

在航迹相关处理的过程中，每与新的量测值相关成功后，质量加1；

当质量为6时，则认为该航迹为稳定航迹；

在一定的时间间隔内相关失败后，质量减1；

当航迹质量减为1时，航迹跟踪失败，系统自动删除该航迹。

4 航迹起始与相关过程

在雷达数据处理中，首先要建立目标航迹。如果航迹起始不正确，有可能航迹在第一时间就出现巨大偏差。航迹起始是航迹处理的难点问题，由于地面目标繁多、机动性强、易被遮挡影响探测概率等特征，雷达的探测能力差且目标和杂波的出现并没有真正的统计规律。

4.1 直观法

所有航迹起始算法里计算量最小的是直观法。它是根据物体的运动规律提出的：对于同一个运动物体而言，其运动速度、加速度应该介于最大值和最小值之间，不同类型的物体有不同的运动速度、加速度最大值和最小值。假设vi（i=1，2，…，N）是N次目标的量測速度值。如果这N个周期中有M个周期的量测值符合下面两条规则，那么直观法就认为一条航迹起始成功。

这种方法相对来说波门限制较少，但受到杂波等干扰目标的影响巨大，容易出现误跟的现象，一般仅用于仿真模拟或无背景杂波干扰的环境下的航迹起始[2]。

4.2 逻辑比较法

逻辑法和直观法有相似的部分，都在N个扫描周期中若正确检测到量测的次数大于等于M，则航迹起始成功，若时间窗内满足检测门限的数目不够时，则将时间窗后移[3]。两者的不同之处在于波门的设置，直观法仅用速度和加速度作为航迹起始时的波门限制，采用的只是一些经验上的判决；逻辑法通过预测目标点的下一时刻的位置和设置相关波门来判断航迹是否存在。具体处理流程如下：

（1）将第一次扫描周期的量测目标作为可能航迹，建立初始波门。

（2）将第二次扫描周期的量测点，通过直观法，建立候选的航迹，初始化质量均为3，对每一个候选的航迹目标，利用一阶多项式外推的方法，建立椭圆波门。

（3）将第三次扫描周期的量测目标进行分类：满足椭圆波门内的量测目标，建立临时航迹，如果满足条件的观测超过一个，则此候选目标航迹分裂为多个航迹，匹配后，这些航迹的质量均加1；若没有满足椭圆波门内的量测目标，利用直线外推的预测值代替，建立一个临时航迹，该临时航迹质量减1，如果连续2次均没有量测目标匹配，那么删除该临时航迹。

（4）连续进行（2），（3）步处理，当航迹质量为6时认为该航迹为稳定航迹。

（5）在每次扫描中，落入相关波门中但并未被关联的点迹与未落入波门的点迹作为新的航迹头，转（1）。

整个数据处理流程如图1所示。

5 提高机动目标航迹预测位置精度

逻辑法作为一种航迹起始方法，也可以作为航迹与量测点匹配过程中处理流程。但在真实试验场景下，由于多普勒雷达[4]的波束宽度的影响，在观测目标时，方位上的误差受和差波束的影响，方位测量值的随机误差较大，尤其量测近距离的目标，有时目标作接近直线运动时，测量值则显示目标在方位上误差就很大。采用直线外推的方法来测量，很容易出现航迹跟丢、匹配不到的现象。

如图2所示，起始点为一个稳定跟踪的航迹目标，假设该航迹的真实运动轨迹如黄色虚线所示，黑色为量测目标点，红色为匹配后直线外推的目标预测点，如果沿直线外推，则在第三次探测时量测目标就落入到波门以外，此时航迹跟踪目标丢失。

由此可见，简单的直线外推方法仅仅能大致预测到目标的距离信息，并不能完全正确的预测目标的运动方向。如何计算目标的运动方向，预测出更准确的目标位置信息，在航迹匹配过程中显得尤为关键。

由于航迹起始时，关联的量测值较少，无法准确预测航迹位置，但当航迹连续成功匹配5次即目标进入稳定跟踪状态后，可以通过以下方法准确计算目标的运动状态。

6 结语

本文从地面目标机动性运动特征出发，分析了航迹起始与航迹相关的处理流程，结合真实试验场景中航迹丢失情况总结出一种精确预测目标的距离、方位的方法。可以降低航迹丢失概率，提高航迹预测精准度。能够显著提高复杂环境下雷达对机动运动目标的航迹质量，保证了雷达对目标的稳定、持续、实时跟踪，具有很强的工程应用前景。

参考文献

[1]罗鹏飞，张文明.一种多目标跟踪航迹起始新算法及其性能评估[J].国防科技大学学报，1999，21（6）：51-54.

[2]苏峰，王国宏，何友等.修正的逻辑航迹起始算法[J].现代防御技术，2004，32（5）：66-68.

[3]张喆，樊晓光，李建勋.基于M/N逻辑和一步延迟的航迹起始方法[J].计算机工程，2011，37（10）：234-236.

[4]丁鹭飞，耿富录，陈建春.雷达原理（第四版）[M].北京：电子工业出版社，2009.