申请/专利权人：哈尔滨工业大学

申请日：2023-06-19

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN116736287B

主分类号：G01S13/66

分类号：G01S13/66;G01S7/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2023.09.29#实质审查的生效;2023.09.12#公开

摘要：一种基于多探测模式的地波多径目标跟踪方法，属于雷达数据处理技术领域。本发明针对地波超视距雷达存在的多径数据无法准确关联的问题。包括：对采样状态向量求解权值，结合采样状态向量预测值得到目标状态向量预测值；将目标状态向量预测值转化到雷达坐标系下得到量测一步预测值，并保留处于地波超视距雷达最大威力范围内的传播模式的量测一步预测值；建立波门并得到总波门；对落入总波门内的目标量测值建立量测组，构造相关事件，得到量测组源于目标的条件概率的表达式，并计算得到量测组源于目标的条件概率；更新得到笛卡尔坐标系下的目标状态向量和误差协方差矩阵，实现地波多径目标跟踪。本发明用于地波多径目标跟踪。

主权项：1.一种基于多探测模式的地波多径目标跟踪方法，其特征在于包括，步骤一：对第k-1时刻笛卡尔坐标系下的目标状态向量Xk-1|k-1采样，得到第k-1时刻的采样状态向量，对采样状态向量求解权值；采用目标运动模型基于第k-1时刻的采样状态向量进行一步预测得到第k时刻的采样状态向量预测值；再基于权值和第k时刻的采样状态向量预测值进行目标状态的一步预测，得到第k时刻目标状态向量预测值Xk|k-1；步骤二：将第k时刻目标状态向量预测值Xk|k-1转化为雷达坐标系下第q种传播模式下的第k时刻量测一步预测值判断第k时刻量测一步预测值是否处于地波超视距雷达最大威力范围，保留处于地波超视距雷达最大威力范围内的第q种传播模式下的第k时刻量测一步预测值步骤三：在多探测模式下，根据保留的传播模式建立对应个数的第k时刻传播模式波门，并基于所有传播模式波门建立第k时刻总波门；步骤四：对落入总波门内的所有第k时刻的目标量测值根据传播模式波门的个数建立量测组，根据量测组构造相关事件，得到量测组源于目标的条件概率的表达式；步骤五：基于相关事件计算地波多径传播模式下每个量测组第k时刻第i个采样点的采样状态一步预测值，并计算得到所述相关事件下量测组的第k时刻采样状态一步预测值；再计算得到对应的量测组新息协方差矩阵；基于量测组新息协方差矩阵计算量测组的卡尔曼增益，并进行量测组的第k时刻目标状态向量更新；进一步计算得到量测组源于目标的条件概率；步骤六：更新得到第k时刻笛卡尔坐标系下的目标状态向量Xk|k和第k时刻的误差协方差矩阵，实现地波多径目标跟踪；步骤一中第k-1时刻的采样状态向量包括2ρ+1个采样状态点： 式中χik-1|k-1表示第k-1时刻采样状态向量的第i个采样状态点，κ为尺度参数，ρ+κ≠0并且κ＝ρα2-1，α为常数，取值范围为0.00001至1之间；Pk-1|k-1为k-1时刻的误差协方差矩阵；ρ为第k-1时刻目标状态向量Xk-1|k-1的维数；则2ρ+1个采样状态点对应的权值为： 式中Wim代表第i个采样状态点的均值权值，Wic代表第i个采样状态点的协方差权值；β为预设常数；步骤一中，第k时刻采样状态向量第i个采样状态点的预测值χik|k-1为：χik|k-1＝fk,χik-1|k-13，式中f为目标运动模型；对第k时刻采样状态向量所有采样状态点的预测值进行融合，得到第k时刻目标状态向量预测值Xk|k-1： 再计算得到第k时刻误差协方差矩阵预测值Pk|k-1： 式中ΔXik|k-1为第i个采样状态点的预测值χik|k-1与目标状态向量预测值Xk|k-1的差值：ΔXik|k-1＝χik|k-1-Xk|k-16，Qk为第k时刻过程噪声矩阵；将第k-1时刻笛卡尔坐标系下的目标状态向量Xk-1|k-1转换为第k-1时刻雷达坐标系下量测值Zk-1|k-1通过使用量测转换公式7至公式9实现： 式中x为笛卡尔坐标系的X轴位置坐标，y为笛卡尔坐标系的Y轴位置坐标；Zk-1|k-1＝[R,A,D]，式中R为雷达坐标系下的射距，A为雷达坐标系下的方位角，D为雷达坐标系下的径向速度； 式中RGG为地波途径射距，RE-SG为E层天地波途径射距，RF-SG为F层天地波途径射距，RE-SS为E层天波途径射距，REF-SS为EF天波途径射距，hE为E层高度，hF为F层高度，DGG为地波途径径向速度，DE-SG为E层天地波途径径向速度，DF-SG为F层天地波途径径向速度，DE-SS为E层天波途径径向速度，DEF-SS为EF天波途径径向速度；步骤二中按照上述方法由第k时刻目标状态向量预测值Xk|k-1得到第q种传播模式下的第k时刻量测一步预测值传播模式最多包括五种，分别是地波途径传播模式、E层天地波途径传播模式、F层天地波途径传播模式、E层天波途径和EF天波途径传播模式； 表示预测值中的射距： 式中RGM为地波超视距雷达最大威力范围，为第q种传播模式下射距的测量误差均方差；步骤三中，第k时刻第q种传播模式波门Gqk为： 式中zk为第k时刻的目标量测值，Sqk为第k时刻第q种传播模式的新息协方差；γ为波门范围；则第k时刻总波门Gk： 式中qmax表示第k时刻扫描周期存在的传播模式数量；步骤四中，假设第k时刻存在三个传播模式，qmax＝3，形成三个波门G1，G2，G3；假设三个波门形成的总波门范围内落入mk个量测值，mk＝4；以表示选择的量测值个数，选择的最多量测值个数以表示在mk个量测值中选择个量测值的组合数量，并以量测组表示选择个量测值时的第个量测值组合；构造第k时刻相关事件 则得到量测组源于目标的条件概率的表达式： 式中p表示概率函数，Zk表示到第k时刻被确认量测值的累积集合；根据贝叶斯公式，将公式13变形为： 式中c为归一化系数，为概率密度函数，为相关事件的条件概率函数；步骤五中，每个量测组第k时刻第i个采样点的采样状态一步预测值为： 式中表示第k时刻选择的个量测值中第个量测值对应的传播模式的量测转换公式；则相关事件下量测组的第k时刻采样状态一步预测值为： 对应的量测组新息协方差矩阵为 式中为采样点的采样状态一步预测值与量测组的第k时刻采样状态一步预测值的差值： 为量测组噪声协方差矩阵： 表示选择的个量测值中第个量测值对应的传播模式的量测噪声协方差矩阵；步骤五中，量测组的卡尔曼增益为： 式中更新得到量测组的第k时刻目标状态向量 同时更新得到量测组的第k时刻误差协方差矩阵 步骤五中，将量测组源于目标的条件概率分为概率密度函数和相关事件的条件概率函数进行计算：式中PG表示波门概率，N·表示似然函数，为量测组新息； 式中u·为虚假量测值的概率质量函数，为目标在个传播模式下都能够被探测到的概率，PG为波门数，PD为目标被检测到的总概率： 步骤六中，更新得到的第k时刻笛卡尔坐标系下的目标状态向量Xk|k为： 第k时刻的误差协方差矩阵Pk|k为：Pk|k＝P1+P2+P327，式中P1、P2和P3均为中间变量：P1＝β0,1kPk|k-128， P3＝-Xk|kXk|k'30。

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百度查询： 哈尔滨工业大学 基于多探测模式的地波多径目标跟踪方法

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