一种基于多基地mimo雷达的目标关联方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于组网雷达信息融合中数据预处理领域，涉及应用于双/多基地Mnro雷 达目标定位跟踪系统中目标关联部分，具体为一种基于多基地M頂0雷达的目标关联方法。 技术背景
[0002] 雷达或雷达组网的主要目的是充分利用不同传感器量测信息的互补特性，通过信 息融合提升组网系统对目标的测量精度和复杂条件下的探测跟踪能力，以克服单部雷达的 不确定性和局限性，提高整个雷达系统的效能。目标关联是信息融合的前提，其实质就是进 行目标配对，通过分析、对比多个观测系统的测量结果，将同一目标被不同观测设备观测结 果关联起来。
[0003] 根据信息融合系统的结构特点，目标关联则可分为分布式和集中式两种。集中式 指各接收站所测量的参数都送至融合中心，进行关联融合，再进行定位跟踪；分布式是指各 接收站分别利用所得参数进行定位，各自形成航迹，将各个航迹送至融合中心，进行航迹的 关联融合。自1971年Singer等人首次提出最近邻（NN)关联方法以来，信息关联技术得 到了快速的发展，越来越多的关联方法被提出，除了最近邻关联方法，其中经典的关联方法 有：加权关联方法、概率数据互联方法（PDA)、多假设关联方法（MHT)等，如文献[何友，王 国宏，陆大捡等编著.多传感器信息融合及应用[M].电子工业出版社，2007.]，这些经典方 法均可以用在分布式和集中式中。
[0004] MM)雷达作为一种新体制雷达，有着诸多的特点和优势，如文献[何子述，韩春 林，刘波.MHTO雷达概念及其技术特点分析[J].电子学报，2005, 33 (12A) : 2441-2445.]。 MHTO雷达发射阵列各阵元发射相互正交的信号，在传输空间内不会直接相互叠加，使得回 波信号中含有目标在发射站的角度信息。以集中式正交波形发射阵列为基础构成的T/R-nR 模式的多基地MMO雷达中，每个接收阵列均能独立完成发射阵列目标视线角测量，且在空 间同步、干扰联合对抗等方面具有较大潜力，因此是未来雷达组网技术重要的发展方向。
[0005] 和常规雷达组网一样，目标关联也是这一新型雷达组网系统中核心的技术问题之 一。前面的各种目标关联方法都是针对传统多雷达系统提出来的，虽然都也可直接应用于 T/R-nR模式MMO雷达系统中，但是并未充分利用MMO雷达的工作特点，无疑会影响多基 地mimo雷达优势和潜力的发挥。提出一种MIMO雷达特有的关联方法，是有着重要实际意 义的；注意到多基地MMO雷达系统的每个接收阵列独立完成的发射阵列目标视线角测量 结果中，其测量参数均以发射阵列为基准，本专利提出一种MMO雷达特有的关联方法，将 上述特点运用于目标关联过程，有效规避了测角系统误差导致的关联失误，能显著改善多 个接收站之间目标关联的正确概率，对促进该系统技术优势和作战效能的发挥具有非常重 要的意义。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于针对MMO技术背景下的T/R-nR模式多基地雷达系统提供了一 种目标关联方法，以本发明提供关联方法为基础，能够充分利用Mnro雷达的工作特点，使 得在测角系统误差存在的条件下，T/R-nR模式多基地MMO雷达能够较为精准的完成目标 的关联，有效避免阵列指向角度系统误差估计和配准的结果精度对目标关联的不良影响。
[0007] 本发明采用的技术方案为：一种基于多基地MMO雷达的目标关联方法，包括以下 步骤：
[0008] 步骤1.多基地MMO雷达系统中设定融合中心，将各个接收站对目标的量测转换 到融合中心的极坐标系下，得到目标量测参数（R, θτ);
[0009] 步骤2.对融合中心的来自各个接收站的量测进行关联，以距离相减作为距离检 验统计，以角度相减作为角度检验统计量；对角度、距离检验统计量分别设置关联门限，当 被检验量同时落入两门限时，认定关联成功；
[0010] 步骤3.二次判别，当接收站测得一个目标量测与另一个接收站测得多个目标量 测同时关联成功时，则取检验统计量的范数最小的一组目标量测作为最终的关联结果。
[0011] 2.按权利要求1所述基于多基地MIMO雷达的目标关联方法，其特征在于，具体包 括以下步骤：
[0012] 步骤1.接收站坐标转换
[0013] 多基地MMO雷达系统中包括N个接收站，设定T/R站为融合中心，将各接收站对 目标的量测转换到融合中心的极坐标系下；具体转换过程为：
[0014] 接收站目标测量表示为（Rs，Θ R，Θ TR)，选取（Rs，Θ R)和（Rs，Θ TR)两组测量子集进 行融合；根据测量子集（Rs，Θ R)的定位方程解出X1= [xl yl]T;根据测量子集（Rs，Θ TR)的定 位方程解出X2= [χ 2 y；!]T;
[0015] 采用简化的加权最小二乘法，取加权矩阵3 、Pi、P 2为两组测量 子集的定位误差协方差矩阵，得到目标位置估计：
[0016]
[0017] 其中，I为2维的单位矩阵，
[0018] 根据目标位置的估计（xR，yR)后，解出接收站转换到融合中心极坐标系下的距离：
[0019]
[0020] MHTO雷达各接收站可独立测得发射视线角，角度不需要转换，那么便可得到接收 站转换后目标量测参数（R, θ τ)
[0021] 设融合中心测角系统误差为δ 0^妾收站测角系统误差为δ θκ、接收站目标量 测的随机起伏误差分别为IRS、ξ Θκ、ξ θτκ，计算距离转换后距离误差：
[0022]
[0023] 从而，推算得到矩阵C。；
[0024] 步骤2.初次目标关联决策
[0025] 若接收站m的目标量测参数为（Rm1, Θ J)，接收站η的目标量测参数为（Rn], θ Tn])， i，j分别表示两接收站对应的目标序号，则检验统计量为，
[0026]
[0027] 设KR，Ke分别为距离、角度关联门限，那么关联规则如下，
[0028]
[0029] 其中，角度门限：心=3&σ";
[0030] 距离门限
e为测 角起伏误差的均方根，〇R为测距误差的均方根矩阵；分别表示接收站m、n距离转 换后误差得到矩阵，S θΚη、δ θΚη、δ θτ*别表示接收站m、n和融合中心的测角系统误差；
[0031] 步骤3.二次判别
[0032] 当接收站m测得一个目标量测与接收站η测得多个目标量测同时关联成功时，则 取检验统计量的范数最小的那一组目标量测作为最终的关联结果。
[0033] 本发明的基本原理是：结合最近邻关联算法，将发射视线角和距离分别作为关联 量，各个接收站量测进行关联之前需对参数进行时空对准，由于T/R-nR模式多基地MIMO雷 达各系统本身就是协同工作的，因此所有测量参数不需要精确的时间对准环节，只需要进 行空间对准，即将各个接收站的量测转换到融合中心极坐标系下；由于MIMO雷达各个接收 站可以分别独立测得目标发射视线角，因此只需要对距离进行坐标转换。关联判决时，将发 射视线角作为关联量之一，由于各个接收站所测的发射视线角均是以发射站为基准的，系 统误差来源相同，检验统计量中的角度相减，使得测量系统误差相互抵消，从而规避了测角 系统误差带来的目标关联失误。
[0034] 综上，本发明基于多基地MMO雷达系统提供具有针对性的目标关联方法，该方法 能够使得多基地MMO雷达系统中目标正确关联概率有较大幅度的提高；且能够保证在存 在随机角度系统误差的情况下，正确关联概率的浮动幅度减小，即目标关联的稳定性提高。
【附图说明】
[0035] 图1为T/R-R模式双基地M頂0雷达的几何配置。
[0036] 图2为目标关联过程的流程图。
[0037] 图3为目标隔间固定时正确关联概率随信噪比的变化图。
[0038] 图4为信噪比固定时正确关联概率随目标间隔的变化图。
[0039] 图5为角度系统误差随机变动时引起的正确关联概率的波动幅度，MHTO雷达与相 控阵对比图。 具体实施方案
[0040] 下面结合附图和实施例对本发明的上述内容再作详细说明，需要指出的是，本发 明上述方法的应用不仅仅局限于以下实例。
[0041] 本实施例中采用T/R-R模式双基地MMO雷达系统，如图1所示为T/R-R模式双基 地MMO雷达的几何配置，目标关联过程的流程如图2所示，具体步骤为：
[0042] 步骤1.接收站坐标转换
[0043] 在T/R-R双基地MMO雷达系统中，以T/R站为主站，即为融合中心，以R站为副 站；双基地MMO雷达的副站可以测得主站的视线角，因此角度无需进行坐标转换，距离的 转换需要两步：第一，利用副站的测量参数估计出目标的位置；第二，根据目标位置的估计 值，解算出目标相对于主站的距离；副站每组量测都需要这两步来实现坐标转换，转换过程 相同，下面就一组量测给出坐标转换的具体过程：
[0044] 步骤1-1.利用加权最小二乘法根据副站的测量参数估计出目标的位置
[0045] 副站有三个测量参数（Rs, Θ R, Θ TR)，需要由此估算出出目标位置坐标（xR, yR)，有 三组测量子集，选取（Rs，Θ R)和（Rs，Θ TR)两组测量子集进行融合；
[0046] ⑴测量子集（Rs，Θ R)的定位方程为：
[0050] (2)测量子集（Rs，Θ TR)的定位方程：[0051]
[0047]
[0048]
[0049]
[0052] 利用中间变量Rt，可解出：
[0053]
[0054] 根据简化的加权最小二乘法，I为2维的单位矩阵，取加权矩阵为： X1= [X1 yJT，X2= [x2 y2]T，可得目标位置估计： .W Λ- ：〇
Jl-
[0055] P):
[0056] 其中P2为两组测量子集的定位误差协方差矩阵，计算方法如下：
[0057] 根据前若干拍的信噪比数据统计出平均信噪比，记为SNR，设发射波束3dB宽度为 Θ 3dB，可知测角起伏误差的均方根：
[0058] (6:)
[0059] 设发射信号带宽为Bs，可知测距误差的均方根：
[0060]
m
[0061] 对式（1)按泰勒式展开，舍去高次项，能够求得定位误差与测量误差之间的关系：
[0ΠΑ9?
[0063] 记其中的雅克比矩阵为匕，假设目标所在的位置满足If1I辛〇,则能够