基于多普勒速度的联合逻辑快速航迹起始方法与流程

本发明属于雷达数据处理技术领域，尤其涉及一种基于多普勒速度的联合逻辑快速航迹起始方法，适用于对低空弱小慢速目标(简称“低小慢目标”)稳定跟踪处理前的初始航迹建立。

背景技术：

航迹起始是多目标跟踪领域中的首要问题，如果航迹起始不正确，不仅无法实现对目标的实时快速跟踪，而且还会直接影响后续航迹的处理质量及起始速度。

同跟踪维持的研究相比，航迹起始课题方面的研究成果较少。传统航迹起始的方法主要分为三种。一是直观法，主要做法是使用连续两帧和三帧的距离量测值利用差分法求出目标径向速度及加速度，并给定一个径向速度和加速度上限，对小于上限的目标再追加一种角度限制规则。直观法计算量小，是一种确定性较为粗糙的方法；二是逻辑法，此方法以多重假设的方式用过预测和相关波门来识别可能存在的航迹，并配合滑窗检测法两者一起构成航迹起始逻辑。逻辑法不能在虚警概率较高的情况下快速起始航迹；三是hough变化法，hough变化最早应用于图像处理中，主要使用其检测图像空间中的直线，由于可以将雷达经过多次扫描得到的数据看作一幅图像，因此可以使用hough变换检测目标的轨迹。该方法能在虚警概率较高的情况下起始航迹，但是很难起始机动目标的航迹，且计算量巨大，在实际工程中很难得到应用。

低小慢目标的航迹起始由于其受多径效应的影响，目标俯仰角量测误差较大，由极坐标系经过坐标系转换至直角坐标系中后，各方向的误差均因俯仰角的较大误差而变大，且由于低信噪比造成的较高虚警概率使传统方法无法正确快速的起始航迹。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于多普勒速度的联合逻辑快速航迹起始方法，能够提高低信噪比低空环境时的航迹起始性能，同时大量减少航迹起始时间。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种基于多普勒速度的联合逻辑快速航迹起始方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1，记航迹起始的建立时刻为k，获取k时刻的量测数据集其中，表示k时刻的量测数据集中第i1个目标的量测，表示k时刻的量测数据集中第i1个目标的距离量测值，表示k时刻的量测数据集中第i1个目标的多普勒速度量测值，表示k时刻的量测数据集中第i1个目标的方位角量测值，表示k时刻的量测数据集中第i1个目标的俯仰角量测值；且i1＝1，2，…m1，m1表示k时刻的量测数据集中目标的总个数；

并获取k+1时刻的量测数据集、k+2时刻的量测数据集、k+3时刻的量测数据集，k+1时刻的量测数据集中包含m2个目标，k+2时刻的量测数据集中包含m3个目标，k+3时刻的量测数据集包含m4个目标，

步骤2，以k时刻的量测数据集中第i1个目标作为航迹起始点，按照如下步骤通过匹配筛选建立一条航迹档案，且初始航迹档案中只包含第i1个目标，i1的初值为1；

步骤3，将k+1时刻的量测数据集中包含的所有目标分别与k时刻的量测数据集中第i1个目标进行多普勒速度逻辑筛选，并记k+1时刻的量测数据集中满足所述多普勒速度逻辑筛选的目标集合为s1；若s1为空，转至步骤7，否则，转至步骤4；

步骤4，对s1中的目标进行基于多普勒速度的距离逻辑筛选，并记s1中满足基于多普勒速度的距离逻辑筛选的目标集合为s2；若s2为空，转至步骤7，否则，转至步骤5；

步骤5，对s2中的目标进行基于多普勒速度的方位角逻辑筛选，并记s2中满足基于多普勒速度的方位角逻辑筛选的目标集合为s3；若s3为空，转至步骤7，否则，转至步骤6；

步骤6，对s3中的目标进行基于多普勒速度的俯仰角逻辑筛选，并记s3中满足基于多普勒速度的俯仰角逻辑筛选的目标集合为s4；

步骤7，若则删除以k时刻的量测数据集中第i1个目标作为航迹起始点的航迹档案；其中，s1∩s2∩s3∩s4表示求s1、s2、s3、s4的交集，表示空集；

若s4中只有一个目标，则将该目标添加到以k时刻的量测数据集中第i1个目标作为航迹起始点的航迹档案中，并将该目标从k+1时刻的量测数据集中删除；

若s4中有多个目标，则选择距离预测偏差最小的目标，并将该目标添加到以k时刻的量测数据集中第i1个目标作为航迹起始点的航迹档案中，并将该目标从k+1时刻的量测数据集中删除；

步骤8，若i1＜m1，则令i1的值加1，重复执行步骤2至步骤7，完成将k时刻的量测数据集中所有目标分别作为航迹起始点的初始航迹档案的建立，否则转至步骤9；

步骤9，将k+1时刻的量测数据集中添加到k时刻的航迹档案中的目标集合记为p1；

若p1为空，则确定以k时刻作为航迹起始的航迹档案建立失败；并以k+1时刻作为航迹起始的建立时刻重新开始建立航迹档案；

否则，转至步骤10；

步骤10，对p1中的每个目标与k+2时刻的量测数据集中的所有目标分别进行匹配筛选，并将p1中未在k+2时刻的量测数据集中找到满足匹配筛选条件的目标的集合记为p2；

若p2为空，则集合p1中的目标航迹档案建立成功；否则，转至步骤11；

步骤11，对p2中的每个目标与k+3时刻的量测数据集中的所有目标分别进行匹配筛选，将k+3时刻的量测数据集中满足匹配筛选条件的目标添加到对应的航迹档案中，并将满足匹配筛选条件的目标从k+3时刻的量测数据集中删除，否则，将未在k+3时刻的量测数据集中找到满足匹配筛选条件的p2中的目标对应的航迹档案删除。

本发明技术方案的特点和进一步的改进为：

(1)步骤3中，将k+1时刻的量测数据集中包含的m2个目标分别与k时刻的量测数据集中第i1个目标进行多普勒速度逻辑筛选，其筛选条件为：

其中，i2＝1，2，…m2，m2表示k+1时刻的量测数据集中目标的总个数；表示k+1时刻的量测数据集中第i2个目标的多普勒速度量测值，amax表示低小慢目标的最大加速度，t表示连续两个量测时刻之间的时间差。

(2)步骤4中，对s1中的目标进行基于多普勒速度的距离逻辑筛选，其筛选条件为：

其中，表示k+1时刻的量测数据集中第i2个目标的距离量测值，vmax表示低小慢目标的最大速度，δr表示雷达检测的距离分辨率，表示与vmax·t中较小的值。

(3)步骤5中，对s2中的目标进行基于多普勒速度的方位角逻辑筛选，其筛选条件为：

其中，表示k+1时刻的量测数据集中第i2个目标的方位角量测值，δθ表示方位角检测误差。

(4)步骤6中，对s3中的目标进行基于多普勒速度的俯仰角逻辑筛选，其筛选条件为：

其中，表示k+1时刻的量测数据集中第i2个目标的俯仰角量测值，hmax表示低空目标飞行的最大高度，表示俯仰角检测误差。

(5)步骤7中，若s4中有多个目标，则选择距离预测偏差最小的目标，并将该目标添加到以k时刻的量测数据集中第i1个目标作为航迹起始点的航迹档案中，其选择距离预测偏差最小的目标的规则为：

其中，表示使最小的目标。

(6)步骤11中，对p2中的每个目标与k+3时刻的量测数据集中的所有目标分别进行匹配筛选时，p2中目标的量测时刻与k+3时刻的量测数据集中所有目标的量测时刻之间的时间差为2t。

本发明的目的在于提供一种基于多普勒速度的联合逻辑快速航迹起始方法，充分利用“慢”目标较准确的不模糊多普勒速度信息设置航迹起始逻辑，直接在极坐标系下设置航迹起始逻辑能够直接处理较大的俯仰角量测误差，避免其因坐标系转换非线性导致直角坐标系中各方向误差较大而无法起始航迹的问题，最终能够克服低空环境下弱小目标受多径效应及低信噪比影响导致航迹无法建立的问题，提高跟踪雷达对低小慢目标的建航能力和稳定跟踪性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于多普勒速度的联合逻辑快速航迹起始方法的流程示意图；

图2为某次仿真连续4帧量测数据集；

图3为利用传统直观法进行航迹起始的结果；

图4为利用本发明方法进行航迹起始的结果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种基于多普勒速度的联合逻辑快速航迹起始方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：

步骤1，设航迹起始建立时刻为k，获得k时刻的量测数据集其中m1表示k时刻量测目标总个数，i1表示k时刻量测集中的目标编号，i1＝1，2，…m1。

分别表示k时刻第i1个目标距离量测值、多普勒速度量测值、方位角量测值和俯仰角量测值。同理获得k+1时刻、k+2时刻与k+3时刻的量测数据集，分别为：

步骤2，将k时刻所有量测目标作为航迹起始点，建立航迹档案，每个航迹档案包含5个信息：距离量测值，多普勒速度量测值，方位角量测值，俯仰角量测值，航迹编号(起始建航时，航迹编号等于起航目标编号)。令i1＝1；

步骤3，将k+1时刻所有量测目标与k时刻第i1个量测目标进行多普勒速度逻辑筛选，筛选条件如下式：

对所有的i2＝1，2，…m2均筛选

其中amax为低小慢目标最大加速度，t为k+1时刻与k时刻之间的时间差(连续两个量测时刻时间差相等)。对满足筛选条件的目标集合记为s1，若s1为空，转步骤7，否则转步骤4；

步骤4，对满足步骤3中筛选条件的目标进行基于多普勒速度的距离逻辑筛选，筛选条件如下：

对所有的i2∈s1均筛选

其中vmax为低小慢目标最大速度，δr为雷达检测的距离分辨率，表示与vmax·t中较小的值。对目标集合s1中满足筛选条件的目标集合记为s2，若s2为空，转步骤7，否则转步骤5；

步骤5，对满足步骤4中筛选条件的目标进行基于多普勒速度的方位角逻辑筛选，筛选条件如下：

对所有的i2∈s2均筛选

其中δθ为方位角检测误差，对目标集合s2中满足筛选条件的目标集合记为s3，若s3为空，转步骤7，否则转步骤6；

步骤6，对满足步骤5中筛选条件的目标进行俯仰角逻辑筛选，筛选条件如下：

对所有的i2∈s3均筛选

其中hmax为低空目标飞行的最大高度，为俯仰角检测误差，对目标集合s3中满足筛选条件的目标集合记为s4；

步骤7，若则删除航迹编号为i1的航迹档案；若s4中只有一个目标，则将此目标与航迹编号为i1的航迹匹配，存入航迹档案并删除qk+1中该目标；若s4中多个目标，则选择i2∈s4且按如下规则寻找的目标与航迹编号为i1的航迹匹配，存入航航迹档案并删除qk+1中该目标。规则如下：

表示使最小的目标。

若i1＜m1，令i1＝i1+1然后转步骤3，否则转步骤8；

步骤8，对k+1时刻与k时刻相匹配的且属于k+1时刻的目标集合记为p1，若p1为空则表示以k时刻为起始的航迹建立失败，以k+1时刻为新的起始时刻重新开始起航，否则转步骤9；

步骤9，对k+1时刻i2∈p1的所有目标与k+2时刻i3∈m3的所有目标按步骤3至步骤7的相同方式进行逻辑筛选匹配，对满足筛选要求的目标存入相应航迹档案且标志该航迹建立成功。将p1中未在qk+2找到匹配目标的暂时航迹的集合记为p2，若p2为空，终止程序，所有航迹建立完成，否则转步骤10；

步骤10，将k+1时刻i2∈p2的所有目标与k+3时刻i4∈m4的所有目标按步骤3至步骤7的相同方式进行逻辑筛选匹配，此时将步骤3至步骤7中的时间间隔t全部用2t代替，对满足筛选要求的目标存入相应航迹档案且标志该航迹建立成功，对未在qk+3找到满足筛选要求目标的航迹进行删除，至此航迹建立完成；

本发明提供的一种基于多普勒速度的联合逻辑快速航迹起始算法相比传统航迹起始技术，克服了传统航迹起始方法无法较好处理低小慢目标的缺点，大幅提高了低信噪比低空环境时的航迹起始性能，同时相比传统航迹起始方法大量减少航迹起始时间，在工程应用中具有很大的使用价值。

本发明的效果通过以下仿真试验进一步说明：

1、仿真条件：

为验证本发明提供的一种基于多普勒速度的联合逻辑快速航迹起始算法的有效性，以低空慢速飞行的飞机为例，6个目标处于4公里内，最大高度为100米(低空飞行)，目标方位角量测误差为0.01度，俯仰角量测误差为0.5度(受多径效应影响，俯仰角量测误差远大于方位角量测误差)。最大加速度为100m/s²。

2、仿真内容与结果：

如图2所示为某次仿真连续4帧量测数据集，其中圆圈目标为真实目标，星号目标为虚假目标，由于目标处于低信噪比环境中，量测集中存在大量虚假目标。图3为利用传统直观法进行航迹起始的结果，从结果中可看出，只有3个真实目标能正确起始航迹且产生了多个虚假航迹。图3为利用本发明方法进行航迹起始的结果，从结果中可看出，6个真实目标全部正确起航且无虚假航迹产生。验证了本发明算法相对传统直观法在处理低小慢目标的优势。同时本算法能快速起始航迹，时间复杂度与传统直观法相当，即保留了传统直观法快速起始航迹的优点，同时改进了航迹起始质量。

综上，本发明方法的航迹起始性能，无论从正确起始航迹个数还是不产生虚假航迹这两方面均有显著提高。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。