一种基于量测误差协方差矩阵范数的雷达节点选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达技术，特别涉及雷达网络中的雷达节点资源管理技术。
【背景技术】
[0002] 雷达节点资源管理技术通常来讲是指，在由较多雷达节点构成的雷达网络中，雷 达网络在执行检测、跟踪、定位等任务时，为达到节约信息传输代价、节约计算成本，提高系 统性能等目的，对雷达节点资源使用中可控因素的管理技术。在雷达网络目标跟踪过程中， 所有雷达节点处于工作状态，观测目标并将量测信息传输到雷达网络的中心节点进行融合 处理跟踪。这时，如果我们不加以管理，而是将雷达网络中的所有雷达节点量测值传输到雷 达网络中心节点进行信息处理，将会消耗较大的信息传输成本以及雷达网络中心节点处的 信息计算成本，同时，误差较大的量测值会影响雷达网络系统的整体跟踪性能。为此，我们 需要对雷达网络中的雷达节点资源进行管理，选出有效信息多、量测误差小的雷达节点将 信息传输到中心节点进行处理。
[0003] 现有的雷达网络中用于目标跟踪的雷达节点选择方法主要是基于距离最近原则， 根据目标当前位置估计值，选择距离估计位置最近的一部或几部固定数目的雷达进行目 标跟踪。传感器网络中用于目标跟踪的传感器选择方法发展很迅速。近几年，基于信息 理论、Kullback-Leibler(KL) j：商、马尔科夫决策过程等的传感器选择方法相继出现。最 近，Xiaojing Shen 等人在文献"Sensor Selection Based on Generalized Information Gain for Target Tracking in Large Sensor Networks, IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, VOL. 62, NO. 2, JANUARY 15, 2014"中，提出了一种基于信息增益的传感器选择 方法。从公开发表文献来看，现存的用于雷达网络目标跟踪的雷达选择方法十分少，而大量 存在的传感器网络中用于目标跟踪的传感器选择方法存在诸多问题：首先，传感器模型的 适用范围不广泛，很多方法由于量测模型不同、坐标系选取不同而不能应用于雷达网络；其 次，没有考虑量测误差大小和不同量测值相关性高低联合对系统性能造成的影响。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种雷达组网中能够获得更多有关目标有效 信息的雷达节点选择方法。
[0005] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种基于量测误差协方差矩阵 范数的雷达节点选择方法，包括以下步骤：
[0006] 1)雷达组网中雷达节点的总数为N，获取雷达组网中各雷达节点在极坐标系下的 量测误差协方差矩阵；
[0007] 2)确定当前需要选择的雷达节点数M，在雷达组网中选择任意M个雷达节点作为 一组，将各组中的雷达节点的量测误差协方差矩阵进行矩阵二范数运算，将组中二范数 运算结果最小的一组中的雷达节点作为选择的用于目标跟踪的雷达节点。
[0008] 本发明将构成最小量测误差协方差矩阵二范数的雷达作为目标跟踪的工作雷达， 最后通过选择出的雷达进行目标跟踪过程。使用量测误差协方差矩阵二范数作为选择雷达 节点的判断依据充分考虑不同雷达量测值之间的相关性。矩阵二范数不仅能表征矩阵之 和的模，还能表征矩阵间的相关性。多个量测误差协矩阵之和的模能够反映量测误差的大 小，量测误差协矩阵之和的模越小，跟踪误差越小。矩阵间的相关性能反映矩阵间的差异， 阵间的相关性越小，差异越大，探测到的信息的冗余越小，有效信息越多。当多个量测误差 协矩阵之和的模相同时，使用矩阵二范数能进一步选择出探测信息冗余最小的一组雷达节 点。因此，本发明基于雷达量测误差协方差矩阵范数来选择雷达的方法，使被选择的雷达既 具有较小的跟踪误差，不同雷达量测值之间又具有较小相关性，达到量测误差小、有效信息 多、冗余信息少的效果。
[0009] 进一步的，为了便于后续跟踪过程中的信号处理，通过坐标转换技术将普通传感 器模型拓展到雷达网络，步骤1)中雷达组网中各雷达节点根据得到目标量测向量将获取 的极坐标系下的量测误差协方差矩阵转换到直角坐标系下后，再进入步骤2)。
[0010] 本发明的有益效果是，在充分考虑不同量测值相关性的情况下，选出量测误差小、 有效信息多冗余信息少的雷达来跟踪目标，提高了目标跟踪精度，解决了雷达量测误差大 导致的跟踪不准和不同雷达量测值之间相关性高导致冗余信息多两方面的问题，避免了由 于大误差量测值恶化跟踪性能的问题。进一步的，保证了在雷达网络的适用性，使雷达网络 在目标跟踪过程中节约信息处理成本。
【附图说明】
[0011] 图1为实施例的流程图，其中K表示总共跟踪K帧数据。
[0012] 图2为实例仿真场景中雷达网络中雷达的拓扑结构及其位置。
[0013] 图3为基于量测误差协方差矩阵范数选择雷达的效果图。
【具体实施方式】
[0014] 如图1所示，实施例以2个雷达节点作为一个探测组为例，基于雷达量测误差协方 差矩阵范数的雷达节点资源管理方法用于雷达节点选择后进行跟踪的步骤如下：
[0015] 步骤1、雷达网络系统参数初始化：
[0016] I. 1.设置雷达网络中雷达节点的拓扑位置（\，以，其中Xi表示雷达在直角坐标 系中X轴方向上的位置坐标，^表示雷达在直角坐标系中y轴方向上的位置坐标。
[0017] 1. 2.设置雷达网络中目标的初始状态、初始量测误差协方差矩阵和目标状态转移 矩阵。其中：初始状态为（x，xv，y，y v)'，x表示目标在直角坐标系中X轴方向的位置坐标，y 表示目标在直角坐标系中y轴方向的位置坐标；χν表示目标运动速度在X轴方向上的分量， y v表示目标运动速度在y轴方向上的分量。初始量测误差协方差矩阵为
[0018] R= σ，' 〇 (1) 0 σ-θ_
[0019] 其中，<表示雷达量测在距离r上的量测误差方差，σ〗表示雷达量测在方位角上 的量测误差方差。状态转移矩阵为
【主权项】
1. 一种基于量测误差协方差矩阵范数的雷达节点选择方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 雷达组网中雷达节点的总数为N，获取雷达组网中各雷达节点在极坐标系下的量测 误差协方差矩阵； 2) 确定当前需要选择的雷达节点数M，在雷达组网中选择任意M个雷达节点作为一组， 将各组中的雷达节点的量测误差协方差矩阵进行矩阵二范数运算，将Cf组中二范数运算 结果最小的一组中的雷达节点作为选择的用于目标跟踪的雷达节点。
2. 如权利要求1所述一种基于量测误差协方差矩阵范数的雷达节点选择方法，其特征 在于，雷达组网中各雷达节点根据得到目标量测向量将获取的极坐标系下的量测误差协方 差矩阵转换到直角坐标系下后，再进入步骤2)。
3. 如权利要求2所述一种基于量测误差协方差矩阵范数的雷达节点选择方法，其特征 在于，直角坐标系下的雷达量测误差协方差矩阵R。为：
矩阵中元素表示为：
其中，r为雷达量测的目标距离，0为雷达量测的目标方位角，a,:表示雷达量测在距 离r上的量测误差方差，％2表示雷达量测在方位角上的量测误差方差，e为自然对数的底 数，sinh( ?)表示的是正弦曲线函数，cosh( ?)表示的是余弦曲线函数。
【专利摘要】本发明提供一种基于量测误差协方差矩阵范数的雷达节点选择方法。将构成最小量测误差协方差矩阵二范数的雷达作为目标跟踪的工作雷达，最后通过选择出的雷达进行目标跟踪过程。使用量测误差协方差矩阵二范数作为选择雷达节点的判断依据充分考虑不同雷达量测值之间的相关性。在充分考虑不同量测值相关性的情况下，选出量测误差小、有效信息多冗余信息少的雷达来跟踪目标，提高了目标跟踪精度。
【IPC分类】G01S7-42, G01S13-66
【公开号】CN104777469
【申请号】CN201510189219
【发明人】易伟, 李雪婷, 杨益川, 李溯琪, 王经鹤, 孔令讲, 崔国龙, 杨建宇
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月21日