[发明专利]一种基于目标模态估计的临近空间高超声速目标跟踪方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术，特别涉及对临近空间高超声速典型运动目标的跟踪技术。

背景技术

临近空间指距离地面20～100Km高的空域，临近空间高超声速飞行器速度可达4～20马赫。目前，临近空间高超声速目标跟踪是跟踪领域的一个热点。临近空间机动目标运动的复杂性和运行环境的多变性，造成难以对此类目标建立准确跟踪模型，隐身技术的发展更加大了对临近空间高超声速目标跟踪的难度。

目前，基于交互式多模型(IMM)结构跟踪算法，是一种公认最有效临近空间高超声速目标的跟踪算法。在文献“Research of Method for Tracking High Speed and Highly Maneuvering Target,International Conference on ITS Telecommunications Proceedings,1236-1239,2006”中，提出基于交互多模结构的跟踪算法，该算法利用多个不同机动模型交互对临近空间高超声速目标进行跟踪，相较于单模跟踪具有较广的覆盖范围，有较大的机动适应性；但该算法模型间相互竞争导致跟踪精度较差，且计算量较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种跟踪精度较高，且计算量较小的临近空间高超声速目标跟踪方法。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是，一种基于目标模态估计的临近空间高超声速目标跟踪方法，包括以下步骤：

步骤1、将雷达采集到的量测数据进行目标航迹起始；

步骤2、利用交互多模跟踪IMM算法估计匀速运动模型、匀加速运动模型和拐弯运动模型所对应的下一帧目标状态、状态协方差矩阵以及相应的模型转移概率；所述目标状态包括目标位置、速度与加速度；当连续统计L帧下匀速运动模型、匀加速运动模型和拐弯运动模型对应的转移概率、目标速度和加速度后能够确定目标当前所处的运动模态，则进入步骤3，否则返回步骤2；

若在L帧时间内，匀速模型转移概率u_cv一直保持最大，速度变化量△v_k≤τ_v，加速度变化量△a_k≤τ_a，则判断目标为匀速运动阶段；

若在L帧时间内，匀加速模型转移概率u_ca一直保持最大，速度变化量△v_k≥τ_v，加速度变化量△a_k≤τ_a，则判断目标为匀速运动阶段；

若在L帧时间内，匀加速模型转移概率u_ct一直保持最大，速度变化量△v_k≥τ_v，加速度△a_k≥τ_a，则判断目标处于跳跃运动阶段；

其中，τ_v表示速度波动门限，τ_a表示加速度波动门限；

步骤3、单模匹配跟踪：

3-1确定目标运动模态后，转入单模匹配跟踪；初始化单模参数、目标初始状态；

3-2利用单模匹配跟踪算法估计下一帧目标状态；

3-3计算当前时刻k的归一化残差平方ε_v为：v_x为当前量测残差，S_x表示当前残差协方差矩阵，下标x表示与目标真实运动相匹配的运动模型，即x∈{CV,CA,CT}，CV表示匀速运动，CA表示匀加速运动，CT表示跳跃运动，(·)^T表示矩阵转置；当归一化残差平方ε_v小于等于门限τ时，认为目标运动状态不变，返回步骤3-2，当归一化残差平方ε_v大于门限τ时，认为目标运动状态发生改变，返回到步骤2。

本发明利用交互多模型跟踪算法跟踪目标，并实时动态估计目标运动模态，通过统计目标特性判断目标运动模态；最后，根据所估计的目标运动模态转入相应的单模匹配跟踪，避免了多模型间的竞争，解决了现有临近空间高超声速跟踪算法存在计算复杂，模型竞争大导致跟踪精度低等问题。

本发明的有益效果是，具有计算量小和跟踪精度高，有效的提升了跟踪系统的整体性能。

附图说明

图1基于交互多模型和目标运动模态动态估计的跟踪算法流程图。

图2新跟踪算法和交互多模跟踪算法跟踪误差曲线图。

图3新跟踪算法和交互多模跟踪算法在不同检测概率下跟踪成功概率曲线。