[发明专利]一种基于多普勒盲区的多模式空域目标跟踪方法

说明书

本方法针对空域目标跟踪存在的多普勒盲区问题，提出了一种基于多普勒盲区的多模式空域目标跟踪方法，其工作模式可根据目标与盲区的状态关系进行平滑地切换。该方法充分利用了多普勒盲区的先验知识，结合贝叶斯滤波器的各种优势，有效提升了目标在航迹中的连续性，降低航迹重启引起的漏检、误检概率，提升了跟踪精度。

技术领域

本发明涉及目标跟踪技术领域，尤其涉及一种基于多普勒盲区的多模式空域目标跟踪方法。

背景技术

雷达为空域目标跟踪中最为重要的传感器。目前，世界各国预警机都普遍采用机载预警雷达，如美国E-2C“鹰眼”、E-3“望楼”，俄罗斯A-50“中坚”、Ka-31，瑞典Erieye“埃里眼”等，这是由在空中目标探测与跟踪、海面目标探测与识别、战场侦察与监视、武器精确制导与控制等方面的显著作用决定的。由于机载预警雷达的核心原理为脉冲多普勒(PulseDoppler，PD)技术，存在着固有的多普勒盲区，严重降低了雷达信息质量。在实际应用环境中由于多变的外界因素以及机载平台自身运动导致多普勒盲区范围进一步被展宽。一旦跟踪目标落入多普勒盲区内，预警雷达将失去对其检测的能力，导致目标航迹点的丢失，导致漏检发生。同时，目标航迹点的连续丢失会导致机载预警雷达重新接收到量测时，机载预警雷达由于其航迹质量严重下降难以将目标航迹判定为同一目标，导致误检发生。

目前，针对多普勒盲区的应对措施主要分为地面目标以及空中目标两方面。其中，地面目标可将目标运动模型新加入“停”模式，在扩展多模型基础上实现了多普勒盲区条件下的地面目标跟踪。相较于地面目标而言，空中目标机动性高，运动模型种类多样，且对应传感器的具体工作模式也不尽相同，可通过改变其与传感器之间的相对多普勒速度落入盲区范围中从而避开雷达监视。因此，空域多普勒盲区在处理时必须同时考虑多样的运动模型以及物体的先验状态信息等条件。

当前针对多普勒盲区的研究正在起步阶段。其应对方法主要集中在利用目标状态信息中的先验知识进行虚拟量测以减少航迹点连续丢失；改进数据关联算法以增强目标航迹关联精度等。而随着近些年滤波算法的改进与提升，研究多模式滤波算法混合跟踪系统上辅以上述措施将能更好地应对多普勒盲区对目标航迹信息带来的影响。

发明内容

本发明针对解决机载预警雷达受多普勒盲区影响而导致的航迹丢失等关键科学问题，为了充分发挥跟踪滤波算法的性能优势，进一步提取跟踪目标的有用信息，提高后期数据关联算法的准确度，提出了一种基于多普勒盲区的多模式空域目标跟踪方法。该方法将均方根容积卡尔曼滤波算法和粒子滤波算法相结合，根据跟踪目标状态设置了四种不同的工作模式，旨在增强盲区中的航迹连续性与估计精度。同时，针对空域目标高机动性的特点，在滤波算法中加入了交互式多模型算法。模式一也即在无限制区域，采用交互式多模型-均方根容积卡尔曼滤波(IMM-SCKF)算法；当量测点消失时进入模式二进行无限制区域到盲区的过渡，采用IMM-SCKF算法与多模型粒子滤波(MM-PF)算法相结合；根据量测点的连续丢失或重新获得量测点，滤波器可进入模式三或返回模式一，模式三也即在盲区中将完全使用多模型-粒子滤波；模式四为盲区向无限制区域的过渡，采用IMM-SCKF和MM-PF算法同时跟踪；根据是否重新获得两侧点，滤波器可自适应地切回模式三或切换到模式一。如此往复，直到跟踪完成。具体实施步骤为：

步骤1：目标参数初始化，设定机载预警雷达和跟踪目标的运动模型，分别设置载机、目标的初始状态向量、初始协方差矩阵，设置物体运动模型、多普勒盲区位置等；

步骤2：以目标从无限制区域进入多普勒盲区到目标脱离多普勒盲区返回无限制区域为例，采用多模式滤波算法进行目标跟踪，假设跟踪目标除了受多普勒盲区影响下外皆会被传感器捕捉。无限制区域，滤波器为模式一，采用IMM-SCKF算法对目标进行跟踪，此模式下进行正常的机动目标跟踪；