[发明专利]一种基于扫描雷达的目标三维加速度运动模型计算方法

说明书

本发明提出了一种基于扫描雷达的目标三维加速度运动模型计算方法，首先进行理论分析：基于加速度要素分析推导了二维空间目标自由运动的数学公式；并推导得到目标三维位置信息向二维投影、二维位置向三维空间变换的矩阵；并分析了多平台、多雷达工作模式下计算步长选取、采样时间点选取对数据精度的影响。其次设计了数据处理流程：在完成目标运动状态、雷达工作参数初始设置后，利用目标运动模型公式计算目标相对于雷达在采样时间点的相对极坐标位置，进一步计算雷达在采样时间点的法向方位，并通过扫过判断准则判断是否需要输出点迹。每个计算步长结束后，基于雷达的误差信息修正目标点迹位置信息，并按照时间进行排序输出。

技术领域

本发明属于主动雷达数据处理领域。

背景技术

主动雷达数据处理算法研究和改进面临的若干问题，包括采集数据成本高、目标运动模型少、极端运动目标难复现、目标活动空间有限、非合作目标缺少真值。这些困难导致进行典型运动的目标数据样本量偏少，数据处理与数据融合算法适应性测试、训练和分析空间有限，不能满足复杂运动数据处理、多平台数据融合需求，难以实现处理算法的深入分析和持续改进。目前目标运动仿真与点迹计算领域目前论文较少，主要是依赖经典算法解决目标做匀速直线、匀加速与匀速圆周运动仿真，存在运动模型简单的情况。

针对目标运动描述和点迹生成存在的需求和困难，本发明首先给出基于加速度的目标运动模型描述，以及雷达扇扫、雷达环扫的方位计算公式，解决了目标运动过程投影变换、法线扫过判断、运动描述融合等难题，能够实现笛卡尔空间的多目标复杂运动、多运动平台雷达扫描目标的数学描述和位置迭代搜索，多运动雷达平台扫描多个复杂机动目标的全过程仿真能力，具有运动模型复杂、扫描时间准、计算速度快的特点，最终提供高精度的目标运动轨迹真值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决多运动目标、多工作模式、复杂运动模型条件下的点迹生成难题的方案。

本发明的解决方案为：首先给出目标运动初始状态和加速度过程定义，其中目标分为运动目标和雷达平台目标，且不限制运动目标和雷达平台目标的数量；目标初始状态包括笛卡尔空间的位置、轴向速度、运动方向基本信息；加速度过程分为轴向加速度过程和法向加速度过程两类，每个加速度过程状态包括加速度类型标识(法向与轴向)、开始时间、运动结束时间，加速度值，加速度过程按照时间上的合并和排序，加速度过程的合并和排序可以动态进行，支持随时插入加速度过程。通过运动初始状态和加速度定义，可以给出三维空间内进行复杂机动的目标在不同时间段的加速度描述，最终推导得到目标运动的数学描述。

其次给出雷达扫描参数，默认每个雷达和一个雷达平台绑定，且不限制每个平台绑定雷达的数量。雷达扫描参数包括雷达工作模式、开机时间、初始法向方向、扫描周期、探测距离、探测仰角范围、方位误差、仰角误差、距离误差、平台时间误差、方位精度、仰角精度、距离精度。其中雷达工作模式简单分为环扫和扇扫，开机时间允许该雷达选择开机时间，平台时间误差则用来模拟雷达系统时间差，最终给出了环扫与扇扫两种工作模式下雷达法向计算公式。

在完成初始状态设定后，按照给定的计算时间步长进行计算，利用相关公式分别获得计算步长内的目标位置信息、天线法向方位信息，进而计算计算目标的相对雷达的方位角度、仰角、距离信息，根据雷达的仰角范围、距离范围、探测方位范围进行扫过判断是否雷达法向扫过目标，如果判定目标被雷达法线扫过且在探测范围内，则进行迭代计算，直到获得指定时间精度的目标位置；如果判定有点迹输出，并基于误差信息修正目标的相对位置(仰角、方位角和距离)和时间作为输出的点迹，在完成全部目标的扫过判断后，对输出点迹按照时间进行排序，如果需要输出带有随机误差的结果，利用方位精度、仰角精度和距离精度参数产生随机数修正输出点迹的方位、仰角和距离。每个仿真步长计算结束后，对目标点迹加上精度误差并按时间排序输出，同步更新目标的最新位置、速度、航向等运动状态。数据处理流程见图1，目标输出点迹的过程见图2。