雷達(dá)數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用（第四版） 課件 第1章 概述

于洪波雷達(dá)數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用雷達(dá)數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用

第1章概述1.1

目標(biāo)跟蹤的目的和意義1.2

目標(biāo)跟蹤中的基本概念1.3系統(tǒng)模型第1章概述現(xiàn)代單基地雷達(dá)系統(tǒng)簡化框圖

電磁波

目標(biāo)天線發(fā)射機(jī)雙工器接收機(jī)顯示與操作信號處理器數(shù)據(jù)錄取器數(shù)據(jù)處理器量測1.1

目標(biāo)跟蹤的目的和意義航跡目標(biāo)跟蹤的目的是通過對檢測器給出的點(diǎn)跡的數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的實(shí)時跟蹤和預(yù)測，最終完成航跡管理和態(tài)勢顯示。目標(biāo)跟蹤定義對獲得的目標(biāo)位置(如徑向距離、方位、俯仰角)、運(yùn)動參數(shù)等測量數(shù)據(jù)進(jìn)行互聯(lián)、濾波、平滑、預(yù)測等運(yùn)算，以達(dá)到有效抑制測量過程中引入的隨機(jī)誤差，對控制區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的運(yùn)動軌跡和相關(guān)運(yùn)動參數(shù)（如速度和加速度等）進(jìn)行估計(jì)，預(yù)測目標(biāo)下一時刻的位置，并形成穩(wěn)定的目標(biāo)航跡，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的高精度實(shí)時跟蹤的目的。目標(biāo)x軸分量跟蹤軌跡圖

目標(biāo)跟蹤示意框圖

量測數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)互聯(lián)跟蹤航跡起始與終止波門航跡信號處理數(shù)據(jù)處理點(diǎn)跡量測跟蹤的基本任務(wù)真假點(diǎn)跡的分類和新航跡的建立；點(diǎn)跡與已有航跡的關(guān)聯(lián);航跡與航跡之間的關(guān)聯(lián)處理；目標(biāo)跟蹤與濾波、航跡維持以及平滑外推計(jì)算；航跡質(zhì)量等級確定和航跡質(zhì)量管理；態(tài)勢顯示，包括航跡和點(diǎn)跡的顯示。

是指與目標(biāo)狀態(tài)有關(guān)的受噪聲污染的觀測值。1量測(點(diǎn)跡、觀測、測量)1.2目標(biāo)跟蹤中的基本概念①隨時間變化，而且量測往往是在離散的時刻點(diǎn)上-隨機(jī)序列；②存在誤差，尤其是各種隨機(jī)性的誤差。量測特點(diǎn)量測：包含目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)的一組隨機(jī)序列。根本問題是：噪聲和有用信號的區(qū)分。2量測數(shù)據(jù)預(yù)處理(1)飽和:①實(shí)際系統(tǒng)中要處理的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出數(shù)據(jù)處理器設(shè)計(jì)時所限定的目標(biāo)處理數(shù)量；②數(shù)據(jù)處理部分被分配的處理時間有限，在這種情況下，數(shù)據(jù)處理器對一次觀測得到的數(shù)據(jù)尚沒處理完，就被迫中斷而去處理下一批數(shù)據(jù)。(2)野值剔除孤立型野值斑點(diǎn)型野值(3)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)

測量系統(tǒng)誤差(MeasurementSystemError):目標(biāo)測量與其真實(shí)狀態(tài)（時間、位置、速度等）的確定偏差，又稱為對目標(biāo)的測量對準(zhǔn)誤差，其均值為相對固定值（非零）。(4)時間配準(zhǔn)（TimeRegistration）：又稱時間同步?！??????…??雷達(dá)1雷達(dá)2

包括與天文時間的同步（絕對配準(zhǔn)）和與高精度主時鐘的同步（相對配準(zhǔn)）。(5)空間對準(zhǔn)：平移變換旋轉(zhuǎn)變換

外推法拉格朗日三點(diǎn)插值法最小二乘曲線擬合法。(1)數(shù)據(jù)互聯(lián)的概念是建立某時刻傳感器量測數(shù)據(jù)和其它時刻量測數(shù)據(jù)(航跡)的關(guān)系，以確定這些量測數(shù)據(jù)是否來自同一個目標(biāo)的處理過程；數(shù)據(jù)互聯(lián)是雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵問題之一。數(shù)據(jù)互聯(lián)（數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、點(diǎn)跡相關(guān)）解決的是觀測（目標(biāo)源）的不確定性問題。3數(shù)據(jù)互聯(lián)(2)數(shù)據(jù)互聯(lián)分類點(diǎn)跡與點(diǎn)跡的互聯(lián)（航跡起始）；點(diǎn)跡與航跡的互聯(lián)（航跡保持）

航跡與航跡的互聯(lián)（航跡融合）初始波門：以自由點(diǎn)跡為中心，用來確定目標(biāo)觀測值可能出現(xiàn)范圍的一塊區(qū)域(在航跡起始階段用

)。4波門相關(guān)波門：以被跟蹤目標(biāo)的預(yù)測位置為中心，用來確定該目標(biāo)的觀測值可能出現(xiàn)范圍的一塊區(qū)域(在航跡保持階段用

)

。xy

量測和航跡關(guān)聯(lián)示意圖

0●相關(guān)波門相關(guān)波門（跟蹤門）的大小與雷達(dá)測量誤差、要保證的正確互聯(lián)概率、跟蹤方法等有關(guān)。小波門：波門最小尺寸一般不應(yīng)小于3倍測量誤差的均方根值；中波門：可在小波門的基礎(chǔ)上再加上1~2倍的測量誤差的均方根值；大波門5航跡起始與終止航跡起始是指進(jìn)入雷達(dá)監(jiān)視區(qū)域的新目標(biāo)建立航跡的過程。航跡終止

是指對來自同一個目標(biāo)的量測值進(jìn)行處理，以便保持對目標(biāo)現(xiàn)時狀態(tài)的估計(jì)。6跟蹤多目標(biāo)跟蹤由于存在多目標(biāo)和虛警，雷達(dá)環(huán)境會產(chǎn)生很多點(diǎn)跡-用于濾波的量測值的不確定性；機(jī)動目標(biāo)跟蹤

模型參數(shù)的不確定性；機(jī)動目標(biāo)跟蹤機(jī)動檢測算法自適應(yīng)跟蹤算法：在對目標(biāo)進(jìn)行估計(jì)的同時對濾波增益進(jìn)行修正。(1)交互式多模型算法；(2)修正的輸入估計(jì)算法；(3)多模型算法；(4)Singer模型法；(5)當(dāng)前模型算法等等；7航跡航跡：是由來自同一個目標(biāo)的量測集合所估計(jì)的目標(biāo)狀態(tài)形成的軌跡；可能航跡：是由單個測量點(diǎn)組成的航跡。

暫時航跡:是由兩個或多個測量點(diǎn)組成的并且航跡質(zhì)量數(shù)較低的航跡統(tǒng)稱為暫時航跡，也稱作試驗(yàn)航跡。

初次雷達(dá)掃描測得目標(biāo)點(diǎn)跡即給1分，初始相關(guān)波門每關(guān)聯(lián)一次加1分，航跡起始后小波門每關(guān)聯(lián)一次加3分；大波門每關(guān)聯(lián)一次加2分；沖突關(guān)聯(lián)情形時加1分：丟失一次點(diǎn)跡扣3分，系統(tǒng)最高得分為m0分。對序貫和模糊綜合法m0=6，對雙門限、修正的K近鄰域算法和模糊雙門限法m0=8。當(dāng)1＜mij(l)≤3時稱為試驗(yàn)航跡；當(dāng)4≤

mij(l)≤

m0時稱為確認(rèn)航跡;當(dāng)mij(l)≤0時，則撤消試驗(yàn)航跡。：航跡質(zhì)量:表示航跡真實(shí)性程度的示性數(shù)，或者說是對航跡可靠性程度的度量。確認(rèn)航跡:是具有穩(wěn)定輸出或航跡質(zhì)量數(shù)超過某一定值的航跡，也稱作可靠航跡或穩(wěn)定航跡。固定航跡：由雜波點(diǎn)跡所組成的航跡；其位置在雷達(dá)各次掃描間沒有多大變化。航跡撤銷：當(dāng)航跡質(zhì)量低于某一定值或它是由孤立的隨機(jī)干擾點(diǎn)組成的時，則航跡被撤銷?？赡芎桔E暫時航跡撤銷確認(rèn)航跡撤銷假航跡壽命:一條假航跡從起始后到被刪除的雷達(dá)掃描次數(shù)。真航跡壽命:一條真航跡起始后被誤作假航跡刪除的雷達(dá)掃描次數(shù)。真航跡維持時間受兩個因素的限制：點(diǎn)跡-航跡關(guān)聯(lián)錯誤;連續(xù)丟失量測(1)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性能。通常用正確關(guān)聯(lián)概率、錯誤關(guān)聯(lián)概率、關(guān)聯(lián)失敗概率等指標(biāo)來評價(jià)關(guān)聯(lián)問題。(2)跟蹤批數(shù)。它直接反映系統(tǒng)跟蹤容量和處理能力。(3)跟蹤濾波器精度。包括最優(yōu)性、快速性、魯棒性等指標(biāo)。(4)處理時間。是指點(diǎn)跡錄取到態(tài)勢顯示的處理時間。8目標(biāo)跟蹤性能評估目標(biāo)跟蹤器評估階段分析和仿真階段，這一階段的關(guān)鍵是數(shù)學(xué)模型的建立；各模塊測試及評價(jià)階段，重點(diǎn)是各模塊接口硬件和通信協(xié)議的調(diào)試；室內(nèi)聯(lián)調(diào)和測試階段外場實(shí)驗(yàn)階段定型階段。（1）要考慮最優(yōu)性、魯棒性以及快速性之間的平衡關(guān)系；（2）可靠性。數(shù)據(jù)處理器作為軟件系統(tǒng)其工程設(shè)計(jì)應(yīng)該選擇結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、容易實(shí)現(xiàn)、在工程上成熟的算法；（3）智能信息處理。

首先要根據(jù)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理器的指標(biāo)要求分析數(shù)據(jù)處理器的特征為數(shù)據(jù)處理器指標(biāo)分配、設(shè)計(jì)的側(cè)重點(diǎn)提供依據(jù)。目標(biāo)跟蹤的工程設(shè)計(jì)