多模式輪詢和s模式點名詢問的二次雷達航跡錄取方法

2023-05-17 07:48:31 1

專利名稱：多模式輪詢和s模式點名詢問的二次雷達航跡錄取方法
技術領域：
本發明是關於S模式二次雷達數據處理領域的目標航跡錄取方法。
背景技術：
S模式二次雷達是先進的西方體制雷達，因其具有諸多優越性在空中交通管制等領域得到廣泛的應用。二次雷達(SSR)是針對一次雷達而言的。二次雷達由地面詢問雷達發射一定模式的詢問信號，裝在飛機上的應答機收到這個模式詢問信號後，經過信號處理、解碼，然後由應答機發回編碼的應答信號，地面雷達收到這個回答信號，經過信號處理和數據處理，把裝有應答機的飛機代號、高度、方位和距離等信息顯示在顯示屏上。S模式二次雷達是為克服以往空中交通管制雷達信標系統/ 二次監視雷達的局限的一種智能的二次監視雷達，是監視飛機飛行航跡和狀態的一種地面傳感器。二次雷達是在地面站和目標應答器的合作下，採用問答方式工作，它必須經過兩次有源輻射電磁波信號才能完成應有的功能。S模式二次雷達詢問機需要對目標進行監視，對目標進行實時的跟蹤和航跡錄取是其重要功能，由於目標密度高加上多徑等原因，使得高飛行密度區域雷達錄取器處理能力不足，應答信號接收機面臨複雜的幹擾環境，需要處理的幹擾問題主要有混擾是一部詢問機引起多部應答機同時應答，應答脈衝組相互重疊，且脈衝位置相互佔用的應答，串擾是應答接收機收到其它詢問機詢問引起的應答，反射假目標是由於地物反射引起的假目標。在航跡錄取過程中幹擾目標的去除是比較難且迫切需要解決的問題，另外由於在S模式二次雷達的詢問過程中，需要對目標進行實時的跟蹤，特別是對機動目標的實時跟蹤是難點，所以二次雷達航跡錄取過程中對幹擾目標的去除、快速航跡數據關聯、機動目標的自適應的跟蹤和詢問點的預測是S模式二次雷達完成目標監視跟蹤的關鍵。傳統的二次雷達1、2、3/A、C模式下的航跡數據處理航跡關聯上常用算法有「最近鄰」法和「全鄰」法，「全鄰」法包括概率數據關聯(PDA)法和聯合數據關聯(JPDA)，最近鄰法包括一般的最近鄰法(NN)和全局最近鄰法(GNN)，單純用這些方法容易跟丟目標，難以去除虛假目標，很難達到理想的航跡錄取效果，常見幹擾目標難以去除、高機動目標跟蹤丟失且不能準確地詢問等現象，對S模式二次雷達的上述問題的較好效果的解決方法未見相關報導。

發明內容
本發明的目的是針對上述現有技術存在的問題，提供一種S模式詢問準確，航跡錄取可靠，能夠準確對準目標方位角詢問，完成S模式的實時定向點名詢問，能在幹擾環境下消除同步混擾、異步串擾和反射目標，去除虛假目標的自適應跟蹤和詢問點預測估計的航跡錄取方法。為了實現上述目的，本發明提供的一種S模式二次雷達數據處理領域的目標航跡錄取方法，包括如下步驟(I)在航跡錄取器中，將二次雷達詢問機同一扇區搜索到的S模式點跡數據進行點跡合併，計算出點跡數據的均值和方差，對多個點跡數據進行時空配準，利用多個回波點採用邏輯法起始真實航跡；(2)然後，將雷達掃描區域分為72個掃描區域即扇區，每個扇區為5度，選擇比當前天線指向扇區號滯後的第三個扇區和其相鄰的兩個扇區的數據，建立關聯扇區窗口，進入點航關聯處理流程，進行離散相關和普通相關相結合的滑窗式點航關聯，計算統計距離，建立分派矩陣和進行多義性處理，採用幹擾目標消除策略，去除幹擾目標；(3)關聯後的點跡數據先進行去偏量測轉換，把勻速模型CV、勻加速模型CA和當前統計模型組合成為目標多模型，計算交互作用下每個濾波器交互輸入狀態估計向量和方差；然後利用前一時刻的模型概率、模型可能性向量、模型轉移概率，計算新的模型概率；完成基於CV、CA和當前統計模型的交互多模濾波預測和估計、詢問點預測和高機動目標的自適應跟蹤；(4)航跡錄取器計算航跡更新數據，通過航跡管理消除多餘目標檔案，終結跟蹤，給出二次雷達正確的目標航跡錄取結果。本發明相比於現有技術具有如下有益效果本發明能進行多模式組合詢問、輪詢和S模式點名詢問下二次雷達的點航關聯和穩定跟蹤，對S模式的詢問能在預定的時間內給出預測點信息，使得二次雷達的詢問機能夠準確地對準目標方位角詢問，完成S模式的實時定向點名詢問；利用多模式組合詢問的模式碼、S模式地址碼、位置及其置信度進行幹擾環境下的離散相關和普通相關，能在幹擾環境下消除同步混擾、異步串擾和反射目標，去除虛假目標，解決了幹擾目標難以去除的技術難題，提高了航跡錄取的準確性、實時性和可靠性。本發明中採用了區域滑窗式航跡關聯處理方法，使得關聯搜索次數大大減少，提高了關聯效率。假如考慮二次雷達掃描一周需要N秒，如果二次雷達掃描一周期做一次航跡關聯，對於速度較慢的目標來說影響不大。使用區域滑窗式關聯處理法，則M-3號扇區中的目標數據只跟M-4號、M-3號、M-2號扇區中的系統航跡關聯，跟與雷達在360°範圍內的系統航跡關聯相比節約了系統航跡查詢時間，並且在M號扇區時就對M-3號扇區中航跡進行管理和維護，不需要等到天線掃描完該周期才維護，提高了目標跟蹤的效率。本發明中採用的離散相關和普通相關相結合的方法，分層分類相關處理使得關聯處理的時間大大減少，提高了關聯的準確性，採用的幹擾目標去除方法，能有效的去除同步混擾、異步串擾和反射目標等幹擾假目標，提高了航跡錄取的可靠性。其處理效果可參閱圖9。本發明中採用的基於CV、CA和當前統計模型相結合的自適應機動目標跟蹤方法，使得目標在高機動運動下，能夠完成持續穩定的航跡跟蹤，大大減少了跟蹤丟失目標的現象，效果可參閱圖7。解決了對機動交叉目標的持續穩定的跟蹤問題，使得目標在近似交叉的情況下，不至於產生跟蹤錯誤的現象，提高了航跡錄取的質量，其處理效果可參閱圖9。本發明特別適用於S模式二次雷達航跡錄取，實現對目標的實時跟蹤和詢問點估計預測，實現定向點名詢問，具有較強的工程實用價值。


為了更清楚地理解本發明，現將通過本發明實施方式，同時參照附圖，來描述本發明，其中圖1是航跡錄取系統總體結構圖。圖2是航跡錄取過程圖。圖3是S模式點跡合併和航跡起始過程圖。圖4是雷達監視區域劃分示意圖。圖5是點航關聯過程圖。圖6是基於CV、CA和當前統計模型的濾波預測與估計過程7是機動目標跟蹤處理效果圖。圖8是幹擾目標航跡錄取處理效果示意圖。圖9是交叉目標航跡錄取處理效果示意圖。
具體實施例方式為了更好地理解本發明，首先介紹航跡錄取系統結構。參閱圖1。S模式標準型二次監視雷達詢問機航跡錄取系統包括二次雷達詢問機點跡錄取器、航跡錄取器、維護顯示器，外部通過乙太網與空管中心連接。航跡錄取系統工作原理為二次雷達詢問機點跡錄取器將目標報文和角度信息，通過網絡接口發送給航跡錄理器完成點跡合併、時空配準、數據關聯、估計與濾波等航跡處理，預測目標在下一掃描周期的位置，並回送詢問機點跡錄取器；同時航跡錄理器將處理形成的航跡報文通過網絡接口分別送維護顯示器和空管中心，維護顯示器接收航跡錄取器的航跡信息並完成在地圖背景下的航跡標繪，目標航跡信息的顯示與維護，並對航跡錄取器的工作參數，距離門限、高度門限等進行設置，維護顯示器將收到的航跡錄取結果存儲在資料庫中，資料庫中的目標航跡信息將用作目標狀態和航跡信息的回放顯示。參閱圖2。二次雷達詢問機航跡錄取過程，包括I) 二次雷達詢問機航跡錄取器接收各模式的目標報文與天線角度信息等點跡數據，搜索同一扇區的多個S模式點跡數據,對同一扇區的多個S模式點跡數據進行合併，計算點跡數據的均值和方差，對多個點跡數據進行時空配準，通過時間統一和空配準後，利用多個回波點採用邏輯法起始真實航跡；2)航跡錄取器中，將雷達掃描區域分為72個掃描區域即扇區，每個扇區為5度，選擇比當前天線指向扇區號滯後的第三個扇區和其相鄰的兩個扇區的數據，建立關聯扇區窗口，進入點航關聯處理流程，進行離散相關和普通相關相結合的滑窗式點航關聯，計算統計距離並建立分派矩陣，進行基於分派矩陣的多義性處理，利用幹擾目標去除策略去除反射目標、同步混擾和異步串擾目標；基於雷達監視空域扇區劃分的滑窗式關聯法是在天線方向進入M號(M為扇區號)扇區時，將M-3號扇區中的目標數據與M-4號、M-3號、M-2號扇區中的系統航跡數據進行關聯，並在M號扇區時對M-3號扇區中航跡進行管理和維護，依次進行滑窗式處理，從而實時輸出航跡數據。離散相關和普通相關相結合的航跡相關法是航跡錄取器接收雷達量測點，檢測量測點滿足的相關條件，如果滿足離散相關條件，進入基於A碼或S模式碼、位置的離散相關，延續航跡；如果不滿足離散相關先決條件，則根據模式碼和數據特性進行普通航跡相關處理，進入基於飛機碼(包括置信度)、高度碼(包括置信度)、位置(包括置信度)、航速、航向的普通相關流程，計算該時刻航跡與點跡的統計距離得到分派矩陣，並從分派矩陣中判斷其唯一性，找出最佳的量測點跡與航跡的一一對應關係，從而消除多義性並輸出航跡對。利用反射目標，同步混擾目標和異步串擾目標的特徵進行幹擾目標去除處理。幹擾目標消除策略是:在維護顯示器中設定距離門限去除異步串擾目標，設定方位和距離、高度門限去除反射目標；通過緩存多拍目標數據連續累積置信度，如果置信度不斷變化且偏低則判定為同步混擾，並將該量測點數據去除。3)基於CV、CA和當前統計模型的交互多模濾波預測和估計是:先進行去偏量測轉換dECV、CA和當前統計模型組合成為目標多模型，計算每一個濾波器的交互輸入估計；三個濾波器分別利用最新的量測數據和交互輸入估計計算新的估計，然後利用前一時刻的模型概率、模型可能性向量、模型轉移概率計算新的模型概率；最後通過新的狀態估計以及相應的模型概率計算總的目標位置狀態數據，完成交互多模型濾波預測、估計和高機動目標持續穩定的航跡跟蹤。4)最後航跡錄取器進行航跡號的管理和維護，消除多餘目標航跡檔案，完成目標跟蹤終結，給出二次雷達正確的目標航跡錄取結果。當被跟蹤目標逃離跟蹤空間或者被摧毀時，其狀態更新質量下降，跟蹤器進行相應的決策，以消除多餘目標檔案，完成跟蹤終結功能，跟蹤終結方法是:如果某航跡連續N拍數據沒有更新，則終結該航跡，N值一般取為3，連續未接收到目標點跡報告數可設定為I 15的範圍，預設值為3。參閱圖3。S模式點跡合併和航跡起始的過程，步驟如下:步驟S11，航跡錄取器接收S模式的目標數據和角度信息，按S模式地址碼搜索同一扇區的目標方位、距離、俯仰的數值。 步驟S12，航跡錄取器將同一扇區的S模式地址碼相同的數據進行合併，計算得相同地址碼的目標數據均值E ( μ )，並由(I )式計算方差。
權利要求
1.一種多模式輪詢和S模式點名詢問的二次雷達航跡錄取方法，包括如下步驟: (1)在航跡錄取器中，將二次雷達詢問機同一扇區搜索到的S模式點跡數據進行點跡合併，計算出點跡數據的均值和方差，對多個點跡數據進行時空配準，利用多個回波點採用邏輯法起始真實航跡； (2)然後，將雷達掃描區域分為72個掃描區域即扇區，每個扇區為5度，選擇比當前天線指向扇區號滯後的第三個扇區和其相鄰的兩個扇區的數據，建立關聯扇區窗口，進入點航關聯處理流程，進行離散相關和普通相關相結合的滑窗式點航關聯，計算統計距離，建立分派矩陣和進行多義性處理，採用幹擾目標消除策略，去除幹擾目標； (3)關聯後的點跡數據先進行去偏量測轉換，把勻速模型CV、勻加速模型CA和當前統計模型組合成為目標多模型，計算交互作用下每個濾波器交互輸入狀態估計向量和方差；然後利用前一時刻的模型概率、模型可能性向量、模型轉移概率，計算新的模型概率；完成基於CV、CA和當前統計模型的交互多模濾波預測和估計、詢問點預測和高機動目標的自適應跟蹤； (4)航跡錄取器計算航跡更新數據，通過航跡管理消除多餘目標檔案，終結跟蹤，給出二次雷達正確的目標航跡錄取結果。
2.如權利要求1所述的多模式輪詢和S模式點名詢問的二次雷達航跡錄取方法中，其特徵在於，二次雷達詢問機點跡錄取器將目標報文和角度信息，通過網絡接口發送給航跡錄理器完成點跡合併、時空配準、數據關聯和估計與濾波的航跡處理，預測目標在下一掃描周期的位置，並回送詢問機點跡錄取器。
3.如權利要求1所述的多模式輪詢和S模式點名詢問的二次雷達航跡錄取方法中，其特徵在於，航跡錄理器將處理形成的航跡報文通過網絡接口分別送維護顯示器和空管中心，維護顯示器接收航跡錄取器的航跡信息並完成在地圖背景下的航跡標繪，目標航跡信息的顯示與維護，並對航跡錄取器的工作參數，距離門限、高度門限等進行設置，維護顯示器將收到的航跡錄取結果存 儲在資料庫中，資料庫中的目標航跡信息將用作目標狀態和航跡信息的回放顯示。
4.如權利要求1所述的多模式輪詢和S模式點名詢問的二次雷達航跡錄取方法中，其特徵在於，滑窗式點航關聯是在天線方向進入扇區號為M的扇區時，將M-3號扇區中的目標數據與M-4號、M-3號、M-2號扇區中的系統航跡數據進行關聯，依次進行滑窗式處理並實時輸出航跡數據。
5.如權利要求1所述的多模式輪詢和S模式點名詢問的二次雷達航跡錄取方法中，其特徵在於，離散相關和普通相關相結合的航跡相關是在點航關聯模塊中接收合併後的雷達量測點，檢測量測點是否滿足相關條件而完成的，如果滿足離散相關先決條件則延續航跡；如果不滿足離散相關先決條件，則根據模式碼和數據特性進行普通航跡相關處理，計算該時刻航跡與點跡的統計距離得到分派矩陣，並從分派矩陣中判斷其唯一性，找出最佳的量測點跡與航跡的一一對應關係，消除多義性並輸出航跡對。
6.如權利要求1所述的多模式輪詢和S模式點名詢問的二次雷達航跡錄取方法中，其特徵在於，航跡連續N拍數據沒有更新，航跡終結，航跡點數N取值為3，連續未接收到目標點跡報告數可設定為I 15的範圍，預設值為3。
7.如權利要求1所述的多模式輪詢和S模式點名詢問的二次雷達航跡錄取方法中，其特徵在於，先對同一扇區的S模式地址碼相同的數據進行合併，計算相同地址碼的目標數據均值 E ( μ ),再計算方差σ = ψ.:( JJ2)- [(JI)./:(/7)。
8.如權利要求1所述的多模式輪詢和S模式點名詢問的二次雷達航跡錄取方法中，其特徵在於，航跡起始採用的邏輯法，以m/n為判斷邏輯，首先用兩拍回波起始一條臨時航跡，在η拍內，如有m次回波落入目標的關聯波門，此航跡為真實航跡。
9.如權利要求1所述的多模式輪詢和S模式點名詢問的二次雷達航跡錄取方法中，其特徵在於，離散相關的先決條件是:當前扇區的目標點跡報告的A碼或S模式地址碼是唯一的；目標點跡報告的A碼或S模式地址碼和航跡報告的A碼或S模式地址碼相同、且都具有高置信度；目標位置與航跡預測位置接近；目標高度和航跡高度相同或接近。
10.如權利要求1所述的多模式輪詢和S模式點名詢問的二次雷達航跡錄取方法中的，其特徵在於，消除多義性是，關聯模塊搜索整個分派矩陣，選擇分派矩陣Cli/最小處的點跡與該處的航跡配對；從分派矩陣中，除去已配對點跡與航跡，對降秩矩陣重複搜索和配對，從而找出最佳航跡配對。`
全文摘要
本發明提出了多模式輪詢和S模式點名詢問的二次雷達航跡錄取方法，利用該方法可有效去除幹擾環境下的虛假目標，提高S模式詢問的準確性和實時性。本發明通過下述技術方案予以實現將二次雷達詢問機同一扇區搜索到的S模式點跡數據進行點跡合併，計算出點跡數據的均值和方差，通過時空配準後，起始真實航跡；合併後的點跡數據按照雷達扇區特性劃分，建立關聯扇區窗口，進入點航關聯處理流程；關聯後的點跡數據先進行去偏量測轉換，把CV、CA和當前統計模型組合成為目標多模型，計算交互作用下每個濾波器交互輸入狀態估計向量和方差；採用幹擾目標去除策略，去除幹擾目標；通過航跡管理消除多餘目標檔案，終結跟蹤，給出二次雷達正確的目標航跡錄取結果。
文檔編號G01S13/74GK103076605SQ201310003839
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月6日 優先權日2013年1月6日
發明者萬洪容 申請人:中國電子科技集團公司第十研究所