[发明专利]一种采用前向散射雷达的三维目标跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用前向散射雷达的三维目标跟踪方法，属于目标跟踪技术领域。

背景技术

前向散射雷达利用双基地雷达截面积(RCS)的前向散射区(双基地角135°～180°)探测目标。在该区域，双基地RCS一般比单基地RCS大20～40dB，从而能够在前向散射区域实现对低速、小RCS目标(包括隐身目标)的有效检测和跟踪。由于其具有的反隐身和抗低空突防能力，利用前向散射雷达进行目标跟踪近年来受到了较多的关注。

研究表明，连续准谐波信号在前向散射目标探测中的应用最有前景。现有的跟踪方法和实验系统均采用连续准谐波信号进行探测。在连续准谐波系统中，三维目标的坐标估计是通过测量目标的多普勒频移、方位角和仰角获得的，它们与目标的运动参数(位置、速度)之间的关系是非线性的，因此前向散射雷达的目标跟踪问题可以归结为非线性滤波问题，包括目标的初始状态估计和跟踪保持算法。想要利用现有的跟踪方法(经典方法)获得目标的精确初始状态估计，就要求雷达系统必须有非常高的角度测量精度和多普勒测量精度，然而在实际的系统中，受限于天线尺寸和系统复杂度，方位和俯仰角度的测量精度也非常有限，这种情况下经典方法得到的迭代初值离真实值较远，尤其是在基线方向的速度估计极为不准，误差可达基线方向速度的2～3倍量级，容易导致跟踪保持阶段滤波收敛速度很慢甚至滤波发散。由于经典方法采用高斯-牛顿迭代算法进行滤波，在跟踪保持阶段需要利用若干组观测矢量，经过多次迭代才能得到一个时刻的目标运动参数估计，计算量很大，数据率较低。

发明内容

本发明的目的是为了利用前向散射雷达实现对三维运动目标的初始状态估计和快速收敛滤波，同时提高数据率、减小计算量，提出了一种采用前向散射雷达的三维目标跟踪方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种采用前向散射雷达的三维目标跟踪方法，其步骤如下：

1)进行系统模型定义，包括前向散射雷达几何构型的定义，目标模型的定义和观测模型的定义，分别为：

1.1对前向散射雷达几何构型进行定义，设定x，y，z为目标的直角坐标，R_e为接收基地，T_r为发射基地，将发射基地和接收基地之间的线段称为基线，T_g为任意k时刻目标的位置，ψ为目标航迹与基线之间的夹角也即航迹角，θ，β分别为k时刻接收基地测得的目标方位角和仰角，h为目标高度，b为基线长度，设定目标的真实运动轨迹为直线AB，目标轨迹在水平面(xoy平面)上雷达探测范围之内的投影为线段CD；

1.2定义目标模型，设定目标沿着直线AB以航迹角ψ匀速穿过基线，三维跟踪的系统状态转移方程为

X(k+1)＝ΦX(k)+Gv(k)                            (1)

设定目标在高度为h的水平面里作匀速直线运动，状态向量可以表示为X(k)＝[x_k y_k h V_x V_y]，x_k，y_k，h为k时刻目标的三维直角坐标，V_x，V_y为该时刻目标的x方向和y方向的速度分量；设定T为采样间隔，v(k)是过程噪声且为零均值高斯白噪声，则状态转移矩阵Φ和噪声分布矩阵G分别为