[发明专利]水面目标运动估计方法

说明书

本发明涉及一种水面目标运动估计方法，包括以下步骤：a、对低测量精度水面目标的运动点迹数据进行预处理；b、对水面目标的运动速度和方向进行估计。本发明可以对水面目标的航速和航向进行准确估计。

技术领域

本发明涉及一种水面目标运动估计方法。

背景技术

掌握广域态势、维护海上利益和安全是海洋战略发展的基石。随着我国天基装备能力的提升，基本解决了“看得远”、“看得见”的问题，但在“看得清、跟得上”，及体系化应用等方面尚存在差距。本发明以天基主/被动雷达发现不明舰船、辅助海警驱离为应用背景，通过估计目标航速和航向，掌握目标意图。

针对高分四号卫星数据，文献[1]提出了利用多假设跟踪[2]形成目标航迹的方法，进而估计目标的航速、航向。该方法的主要步骤包括：利用多结构多尺度形态学滤波对海洋背景遥感图像进行背景抑制；采用自适应阈值分割和自组织聚类获得候选目标；根据目标运动特征，利用静止轨道卫星凝视序列图像对候选目标进行多目标移动式邻域判决，剔除虚假目标；关联舰船目标以及融合卫星平台数据，可准确获取各个舰船位置、航速、航向、运动轨迹等信息。该方法具备算法简单、目标检测率高、虚警率低，稳定性好等优点。由于高分四号卫星采用光学成像体制，舰船的运动轨迹在像平面上是连续且光滑。在由像平面投影到地理坐标的过程中，虽然会存在一定程度的非线性系统误差，但相邻测量点迹的空间位置关系与实际情况接近，对航速、航向估计的影响程度较小。

天基主/被动雷达因其探测距离远、覆盖范围广，逐渐得到了广泛应用。对于天基被动体制雷达，还可以通过测量辐射源信号特征参数，进而确定来波方向，完成辐射源定位和识别，目前常用的是单星侦察定位方法和多星时差侦察定位方法[1]。受限于天线尺寸、星座规模和轨道资源等，天基主/被动雷达的定位精度最大可达十几公里量级，目标测量点迹产生较大起伏。由于相邻测量点迹的空间相对位置错乱，经常出现估计的航速远超出舰船的真实能力、航向估计反向的问题。文献[3]的方法重点聚焦在背景抑制、复杂背景下的弱目标检测、以及像平面坐标到地理坐标的转换误差等环节，其方法不适用于低测量精度下的航速、航向估计。

本发明针对天基主/被动雷达测量，在已经通过海洋态势和时空约束生成目标点迹的基础上，以获得平滑航迹和更准确的航向估计为目标，提出了一种低测量精度下的舰船目标航速与航向估计方法。

[1]姚力波等,基于高分四号卫星的舰船目标跟踪.2017年第四届高分辨率对地观测学术年会.

[2]Blackman S S.Multiple hypothesis tracking for multiple targettracking[J].IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine,2004,19(1):5～18.用于多目标跟踪的多假设跟踪算法,电气和电子工程师协会航空航天与电子系统杂志.

[3]郭福成等,空间电子侦察定位原理.国防工业出版社.

[4]何友等,雷达数据处理及应用.电子工业出版社.

一般而言，测量精度和数据率越高，对于目标跟踪的精度就越有利，对航速、航向的估计也就越准确。如图1示出的相邻时刻下高精度测量示意图可知，目标在t_k-1时刻的位置真值和测量值为x_k-1和(分别为实心点和三角形)，目标在t_k时刻的位置真值和测量值分别为x_k和随着测量误差越大，椭圆区域所示测量分布的范围越大，测量值越偏离真值。然而，当测量误差大于相邻两点间距离的一半时，由于测量值偏离真值较远，测量位置的空间关系不再符合实际情况，导致东北向的速度被估计成西南方向，如图2所示。因此，需要预先对点迹数据进行一系列处理，才能恢复点迹的相对位置关系，进而避免航向的估计值与真值的偏差超过90度及速度估计产生较大的起伏。