搜索雷達(dá)分區(qū)間目標(biāo)航跡的建立

搜索雷達(dá)分區(qū)間目標(biāo)航跡的建立

0搜索雷達(dá)航跡處理由于戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)原因，搜索雷達(dá)的天線旋轉(zhuǎn)不可能迅速。大多數(shù)搜索雷達(dá)速度為30r-min，60r-min，90r-min，因此搜索雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的采樣周期非常長(zhǎng)。所以,在進(jìn)行航跡處理的時(shí)候,并不是將搜索雷達(dá)掃描1周后所捕獲的點(diǎn)跡傳給航跡處理計(jì)算機(jī)進(jìn)行航跡處理。而是人為的將搜索雷達(dá)旋轉(zhuǎn)1周,平均分成n個(gè)扇區(qū),n一般取8,12,16或24,每個(gè)扇區(qū)稱(chēng)之為扇區(qū),分別記為0扇區(qū),1扇區(qū),…,n-1扇區(qū),如圖1所示,以此保證航跡處理的實(shí)時(shí)性,及時(shí)對(duì)跟蹤設(shè)備進(jìn)行目標(biāo)指示。在搜索雷達(dá)工作過(guò)程中,當(dāng)其對(duì)k扇區(qū)進(jìn)行掃描的同時(shí),會(huì)把在掃描(k+n-1)%n扇區(qū)所獲得的目標(biāo)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)傳給航跡處理計(jì)算機(jī),進(jìn)行航跡處理。本文主要討論的是:在航跡處理計(jì)算機(jī)順序獲得搜索雷達(dá)傳送來(lái)的各個(gè)扇區(qū)錄取到的多目標(biāo)點(diǎn)跡信息的情況下,完成目標(biāo)航跡的建立。1處理中的方法1.1個(gè)東南角區(qū)的角分線當(dāng)航跡處理計(jì)算機(jī)第1次接受到某扇區(qū)的點(diǎn)跡集合,將這個(gè)集合記為R1,并將其保存到航跡處理計(jì)算機(jī)中,此時(shí)將航跡處理計(jì)算機(jī)中存放的點(diǎn)跡集合記為A1,知A1=R1。將上1個(gè)扇區(qū)的角分線記為L(zhǎng),其方位角記為α(見(jiàn)圖2)。圖中陰影區(qū)的角度等于扇區(qū)角度的一半,并稱(chēng)陰影區(qū)為處理區(qū)域σ1。當(dāng)航跡處理計(jì)算機(jī)第k次獲得某扇區(qū)的點(diǎn)跡集合,將這個(gè)集合記為Rk,將其保存到航跡處理計(jì)算機(jī)中,將第k-1次和第k次的點(diǎn)跡集合作為一個(gè)集合,記為Ak(見(jiàn)圖3)。圖中陰影區(qū)的角度等于2個(gè)扇區(qū)各自一半之和,并稱(chēng)陰影區(qū)為處理區(qū)域σk。在處理過(guò)程中,只對(duì)預(yù)測(cè)點(diǎn)落在處理區(qū)域的航跡進(jìn)行處理,這樣能有效地防止目標(biāo)跨扇區(qū)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的航路重復(fù)建立和撤消現(xiàn)象,具體的實(shí)現(xiàn)方法見(jiàn)下文的航跡處理的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。1.2航跡和目標(biāo)的點(diǎn)跡對(duì)目標(biāo)航跡進(jìn)行濾波的目的主要是為了對(duì)目標(biāo)在下1個(gè)掃描周期可能出現(xiàn)的位置進(jìn)行預(yù)測(cè),所以為了實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)的目的,我們至少要知道目標(biāo)的2個(gè)點(diǎn)跡,才能對(duì)目標(biāo)在下1個(gè)掃描周期可能出現(xiàn)的位置進(jìn)行預(yù)測(cè)。一般在航跡處理計(jì)算機(jī)中,最多保存著目標(biāo)航跡最新的5個(gè)點(diǎn)跡信息,所以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)的時(shí)候是在已知2～5個(gè)點(diǎn)跡的前提下進(jìn)行。這樣,既能對(duì)目標(biāo)起到濾波預(yù)測(cè)的作用,同時(shí)還能適應(yīng)目標(biāo)機(jī)動(dòng)。在直角坐標(biāo)系下,以x軸為例,濾波公式為:其中:。1.3球距方程的量測(cè)誤差在最小二乘意義下,目標(biāo)在搜索雷達(dá)下1個(gè)掃描周期的預(yù)測(cè)值在直角坐標(biāo)中為。其中,T為雷達(dá)掃描周期,轉(zhuǎn)化為球坐標(biāo)為。一般搜索雷達(dá)給出的是在球坐標(biāo)下的目標(biāo)坐標(biāo),設(shè)雷達(dá)在距離、方位和高低上的量測(cè)誤差為σd(i),σβ(i)和σs(i)。使用雙波門(mén)檢測(cè),就是首先以預(yù)測(cè)點(diǎn)為中心,4倍的量測(cè)誤差內(nèi)檢測(cè)是否存在點(diǎn)跡:若無(wú)點(diǎn)跡,則在6倍量測(cè)誤差內(nèi)檢測(cè):這里沒(méi)有考慮預(yù)測(cè)誤差,故2個(gè)波門(mén)系數(shù)直接選取為4倍和6倍的量測(cè)誤差,這樣計(jì)算起來(lái)比較方便;若要考慮預(yù)測(cè)誤差,波門(mén)系數(shù)一般選取為3倍和5倍的預(yù)測(cè)誤差與量測(cè)誤差之和。1.4航跡的管理狀況要評(píng)估1個(gè)航跡的質(zhì)量,就需要建立航跡的質(zhì)量指標(biāo),并利用它較客觀地描述航跡從建立到終結(jié)的整個(gè)壽命期間每一個(gè)掃描周期航跡質(zhì)量的演變過(guò)程,這是一種實(shí)時(shí)性描述。這個(gè)質(zhì)量指標(biāo)可以簡(jiǎn)單地用航跡得分r(k)加以表示。具體方法如下:設(shè)置1個(gè)航跡質(zhì)量計(jì)數(shù)器,航跡的第1個(gè)點(diǎn)跡計(jì)1分,航跡的第2個(gè)點(diǎn)跡計(jì)2分,以后點(diǎn)跡與航跡正常相關(guān)1次,質(zhì)量計(jì)數(shù)器加2分;當(dāng)r(k)≥4時(shí),認(rèn)為該航跡是確認(rèn)航跡,以后正常相關(guān)不再加分;1次不相關(guān),質(zhì)量計(jì)數(shù)器減1分;當(dāng)計(jì)數(shù)器值r(k)=0時(shí),認(rèn)為該航跡為撤銷(xiāo)航跡,隨后將其從航跡表中撤銷(xiāo)。r(k)的計(jì)算可采用下式表示:1.5航跡表的建立在航跡處理過(guò)程中,為了存放自動(dòng)跟蹤目標(biāo)過(guò)程中目標(biāo)的歷史點(diǎn)跡、速度、航跡質(zhì)量、已錄取的點(diǎn)跡數(shù)等航跡的信息,航跡處理計(jì)算機(jī)給每條航跡都建立了航跡表(見(jiàn)表1)。當(dāng)錄取到航跡的第1個(gè)點(diǎn)跡時(shí),就為其建立1個(gè)航跡表,航跡表與航跡是一一對(duì)應(yīng)的。在航跡表中,航跡號(hào)是為了區(qū)別不同航跡的航跡表而為其編的序號(hào),航跡表的值是惟一的;在航跡表中,xi,yi,hi,i=1,2,…,5,表示的是航跡最新錄取的5個(gè)點(diǎn)跡坐標(biāo)值;,i=1,2,…,5,表示的是其相應(yīng)的濾波值;表示的是目標(biāo)速度;r表示航跡質(zhì)量;sum表示已經(jīng)錄取的點(diǎn)跡數(shù);注釋m作為備用信息。2試驗(yàn)航跡的處理為了敘述方便,本文把與已經(jīng)建立的航跡均不相關(guān)的點(diǎn)跡稱(chēng)為自由點(diǎn)跡,把包含2個(gè)點(diǎn)跡的航跡稱(chēng)為試驗(yàn)航跡,把至少包含3個(gè)點(diǎn)跡的航跡稱(chēng)為確認(rèn)航跡。在航跡處理過(guò)程中,為了保證對(duì)每條航跡不做重復(fù)處理和也不做漏處理,需要在搜索雷達(dá)的掃描周期T內(nèi),對(duì)每條航路是否已經(jīng)進(jìn)行了處理作以標(biāo)記,將此標(biāo)記存儲(chǔ)在航跡表中注釋m項(xiàng)內(nèi),當(dāng)當(dāng)航跡處理模塊第k次獲得扇區(qū)的點(diǎn)跡Rk時(shí),將保存的Rk-2集合中的所有點(diǎn)跡刪除,將Rk中的所有點(diǎn)跡保存在航跡處理計(jì)算機(jī)中。此時(shí)航跡處理計(jì)算機(jī)中存有的點(diǎn)跡集合為Ak,且Ak=Rk+Rk-1。下面分3個(gè)步驟進(jìn)行處理。步驟1:對(duì)所有預(yù)測(cè)點(diǎn)落入處理區(qū)域σk內(nèi)且其航跡表中注釋m=0的試驗(yàn)航跡和確定航跡,其中sum為當(dāng)前航跡中包含的點(diǎn)跡數(shù),對(duì)每條試驗(yàn)航跡和確定航跡均做如下處理。以其預(yù)測(cè)點(diǎn)為中心產(chǎn)生波門(mén),分3種情況進(jìn)行討論:①若在4倍波門(mén)內(nèi)存在Ak中的點(diǎn)跡,則取離預(yù)測(cè)點(diǎn)最近的點(diǎn)跡作為航跡的新點(diǎn)跡,進(jìn)行坐標(biāo)變換、濾波處理,將新點(diǎn)跡原始坐標(biāo)和濾波坐標(biāo)、速度填入航跡表中。若航跡質(zhì)量r<4,則此時(shí)航跡質(zhì)量r=r+2;若航跡質(zhì)量r≥4,則此時(shí)航跡質(zhì)量r不變;同時(shí)航跡所包含的點(diǎn)跡數(shù)加1,即sum=sum+1。此時(shí),航跡在獲得新點(diǎn)跡的情況下,其濾波坐標(biāo)為,預(yù)測(cè)點(diǎn)為,轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的球坐標(biāo)為。若則m=0,否則m=1。最后將航跡錄取到的新點(diǎn)跡的原始坐標(biāo)值與所有自由點(diǎn)跡的原始坐標(biāo)值進(jìn)行比較,若它們的坐標(biāo)值相等,則將自由點(diǎn)跡撤消,即將自由點(diǎn)跡的航跡表從航跡處理計(jì)算機(jī)中刪除。②若在4倍波門(mén)不存在點(diǎn)跡,則將波門(mén)放大到6倍,仿①進(jìn)行。③若在6倍波門(mén)還不存在點(diǎn)跡,則航跡質(zhì)量r=r-1。若r>0,則以預(yù)測(cè)點(diǎn)為新的錄取點(diǎn)跡,航跡表中的信息錄入仿①步驟填入;若r≤0,則撤消此航跡,即將其航跡表從航跡處理計(jì)算機(jī)中刪除。對(duì)所有預(yù)測(cè)點(diǎn)落入處理區(qū)域σk內(nèi)且其航跡表中注釋m=0的試驗(yàn)航跡和確定航跡處理完之后,將所使用到的點(diǎn)跡從Ak中刪除,將Ak中剩下點(diǎn)跡記為集合。步驟2:對(duì)所有預(yù)測(cè)點(diǎn)落入處理區(qū)域σk內(nèi)且其航跡表中注釋m=0的自由點(diǎn)跡,對(duì)每個(gè)點(diǎn)跡均做如下處理:以(x1,y1,h1)為中心建立半圓環(huán)波門(mén)式中:Vmin為假定的目標(biāo)最小速度;Vmax為假定的目標(biāo)最大速度;T為雷達(dá)掃描周期。分3種情況討論:①若半圓環(huán)波門(mén)內(nèi)僅有1個(gè)中的點(diǎn)跡落入半圓環(huán)波門(mén)內(nèi),則將此點(diǎn)跡與相連,建立1條試驗(yàn)航跡,進(jìn)行坐標(biāo)變換、濾波處理,將新點(diǎn)跡原始坐標(biāo)和濾波坐標(biāo)、速度填入航跡表中,同時(shí)航跡質(zhì)量r=2,航跡所包含的點(diǎn)跡數(shù)加1,即sum=2。此時(shí),航跡在獲得新點(diǎn)跡的情況下,其濾波坐標(biāo)為,預(yù)測(cè)點(diǎn)為,轉(zhuǎn)化為球坐標(biāo)為。若則m=0,否則m=1。最后將航跡錄取到的新點(diǎn)跡的原始坐標(biāo)值與所有自由點(diǎn)跡的原始坐標(biāo)值進(jìn)行比較。若它們的坐標(biāo)值相等,則將自由點(diǎn)跡撤消,即將它的航跡表從航跡處理計(jì)算機(jī)中刪除。②若半圓環(huán)波門(mén)存在多個(gè)中的點(diǎn)跡落入半圓環(huán)波門(mén)內(nèi),則將這些點(diǎn)跡與自由點(diǎn)跡相連,建立多條試驗(yàn)航跡,為沒(méi)有航跡號(hào)的試驗(yàn)航跡分配航跡號(hào),接下來(lái)對(duì)每條試驗(yàn)航跡的處理方法仿照上一步驟進(jìn)行。③若半圓環(huán)波門(mén)不存在中的點(diǎn)跡落入半圓環(huán)波門(mén)內(nèi),則撤消自由點(diǎn)跡,即將其航跡表從航跡處理計(jì)算機(jī)中刪除。對(duì)所有落入處理區(qū)域σk內(nèi)且其航跡表中注釋m=0的自由點(diǎn)跡處理完之后,將所使用到的點(diǎn)跡從中刪除,將中剩下點(diǎn)跡記為集合。步驟3:將集合中所有落入處理區(qū)域σk的點(diǎn)跡做自由點(diǎn)跡處理,處理方法為:分配航跡號(hào),坐標(biāo)變換,將相關(guān)信息填入航跡表中。此時(shí),航跡表中航跡質(zhì)量r=1,航跡中包含的點(diǎn)跡數(shù)sum=1,注釋m=1。以上為航跡處理計(jì)算機(jī)每次獲得扇區(qū)點(diǎn)跡后,進(jìn)行航跡處理所經(jīng)過(guò)的步驟,但是當(dāng)處理完包含角分線L的扇區(qū)點(diǎn)跡后,還要對(duì)所有航跡的航跡表中的m進(jìn)行處理。航跡表中m的處理方法為:對(duì)于自由點(diǎn)跡,其航跡表中m確定為m=0;對(duì)于試驗(yàn)航跡和確定航跡,設(shè)其最后錄取的點(diǎn)跡濾波坐標(biāo)為、預(yù)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)為,轉(zhuǎn)化成球坐標(biāo)為。若存在下面的關(guān)系:則這條航跡在航跡表中m的值確定為m=1,否則m=0。3航跡數(shù)據(jù)處理在仿真試算中,假定某搜索雷達(dá)天線的轉(zhuǎn)速為60r/min,在方位上的量測(cè)隨機(jī)誤差為5mrd,在高低上的量測(cè)隨機(jī)誤差為5mrd,在距離上的量測(cè)隨機(jī)誤差為60m。選取了5條航路進(jìn)行航跡處理,其中航路1與航路2是交叉航路,航路3與航路4平行,航路5為勻加速航路。經(jīng)仿真模擬,其航跡處理的效果如