多雷达系统中目标检测跟踪联合处理方法技术方案

本发明专利技术公开一种多雷达系统中目标检测跟踪联合处理方法，本发明专利技术的步骤为：(1)构建目标运动模型；(2)构建目标量测模型；(3)初始化；(4)选择目标检测的雷达；(5)确定恒虚警检测门限值；(6)确定有效量测；(7)判断多雷达系统中所有的目标检测雷达是否选择完；(8)计算组合联合事件的数量；(9)更新当前目标跟踪状态；(10)更新目标跟踪状态的协方差；(11)判断目标跟踪航迹是否发散；(12)目标跟踪结束。本发明专利技术相比现有技术，不仅在波门内恒虚警的前提下提升目标平均检测概率和对目标跟踪性能，而且计算复杂度更低，本发明专利技术方法可用于多雷达系统对目标检测跟踪。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，更进一步涉及雷达信号处理
中的一种多雷达系统中目标检测跟踪联合处理方法。本专利技术可用于实现多雷达系统对目标的检测跟踪联合处理。
技术介绍
目标跟踪在雷达及声呐系统的很多应用中扮演着重要的角色，在战场监控、空防、空中交通管制和火控等方面都起着重要作用。但是在密集杂波环境下进行目标跟踪，在每次扫描的过程中，会得到大量量测数据，但每个数据的来源是未知的(可能来源于目标，也可能来源于虚警)。BKHabtemariam,RTharmarasa,andTKirubarajan等人在其发表的论文“Multipledetectionprobabilisticdataassociationfilterformultistatictargettracking”(Proceedingsofthe,InternationalConferenceonInformationFusion.IEEE,2011:1-6.)和论文“AMultiple-DetectionJointProbabilisticDataAssociationFilter”(IEEEJournalofSelectedTopicsinSignalProcessing,2013,7(3):461-471)中提出了一种多探测概率数据互联(MultipleDetectionProbabilisticdataassociation,MD-PDA)方法，用组合的联合事件来处理多个量测来源于同一个目标的概率。该方法用于在多雷达系统中对单目标进行跟踪，针对在跟踪门内一个目标可能产生多个量测的情况，并计算每个联合事件的概率，然后基于得到的概率将量测与目标关联。该方法解决了概率数据互联法(ProbabilisticDataAssociation,PDA)在多雷达系统中进行跟踪时的不足。在多雷达系统中存在一种场景，互联门内同一个目标会产生多个量测，而PDA方法假设在每次扫描中，对于目标最多有一个量测以其为源。但是，该方法存在的不足之处是，MD-PDA假设一个目标可能会产生多个量测，但没有考虑一个雷达从一个目标至多获得一个量测的限制，因此需要处理大量组合联合事件；而且MD-PDA方法的检测器依据的是奈曼皮尔逊(Neyman-Pearson,NP)准则，采用了固定门限。在这种情况下，信息只能从检测器传到跟踪器，无法根据目标运动位置自适应地调整检测门限。西安电子科技大学在其申请的专利“基于贝叶斯理论的多传感器检测跟踪联合处理方法”(专利申请号：201110003111.4，公布号：CN102147468B)中公开了一种基于贝叶斯理论的多传感器检测跟踪联合处理方法。该方法是基于贝叶斯理论的检测跟踪联合处理方法,直接处理原始未阈值化的观测数据，利用目标的运动模型在帧数据间以概率的形式对信号进行积累，且能够有效利用先验信息，从而提高系统的检测性能。利用先验信息和所有观测数据计算目标状态后验概率密度函数，并在计算所得的目标状态后验概率密度函数的基础上实现对目标检测和跟踪。该方法推导出了检测阈值与给定虚警率的关系，但是，仍然存在的不足之处是，该方法依据的检测准则是NP准则，跟踪门内所有检测单元的门限相同，没有合理应用从跟踪器到检测器的反馈信息，无法根据目标跟踪的位置来自适应调整波门内各检测单元的门限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有方法的不足，提出了一种多雷达系统中目标检测跟踪联合处理方法(JointDetectionandTrackingProcessing,JDTP)方法，以增强多雷达系统对目标的检测跟踪性能。实现本专利技术的基本思想是首先建立目标的运动模型以及多雷达系统对目标量测的模型，采用贝叶斯检测器，根据从跟踪器反馈得到目标的跟踪状态，设置恒虚警检测门限，在波门内平均虚警率恒定的前提下，提升目标的平均检测概率和系统的跟踪性能；同时在MD-PDA的基础上降低组合联合事件的数量，降低计算复杂度低，更符合雷达应用真实情况。本专利技术的具体步骤如下：(1)按照下式，构建目标运动模型：ξTk＝FξTk-1+uTk-1其中，ξTk表示Tk时刻目标的运动状态，F表示匀速运动情况下目标状态的转移矩阵，ξTk-1表示Tk-1时刻目标的运动状态，uTk-1表示分布服从均值为零、协方差为QTk-1的高斯分布的运动过程噪声；(2)按照下式，构建目标量测模型：其中，表示t时刻多雷达系统中第n个雷达对目标测量得到过门限值的第j个含噪声的量测值，hn,t(ξt)表示t时刻多雷达系统中第n个雷达对目标状态ξt的量测值，wn,t表示t时刻多雷达系统中第n个雷达分布服从均值为零、协方差为Σn,t的高斯分布的量测噪声，vn,t表示在t时刻在多雷达系统中第n个雷达跟踪波门内服从均匀分布的虚假量测值；(3)初始化：(3a)将目标状态的先验信息作为待跟踪目标初始时刻的跟踪状态；(3b)按照下式，计算目标运动状态初始协方差：C0＝CRLB(y0)其中，C0表示目标运动状态初始协方差，CRLB(y0)表示初始时刻目标运动的跟踪状态y0的克拉美罗限；(4)选择目标检测的雷达：从多雷达系统中，任选一个雷达作为目标检测的雷达；(5)确定恒虚警检测门限值：(5a)按照下式，计算目标检测雷达的检测器在恒虚警率条件时的工作参数：其中，ηk表示k时刻目标检测雷达的检测器在恒虚警率条件时的工作参数，Vk表示k时刻目标检测雷达跟踪波门的大小，μk表示k时刻目标检测的雷达得到回波的平均信噪比，P表示目标检测的雷达所要求的虚警率；nz表示目标检测雷达对目标量测的维数，Σk表示k时刻目标检测雷达的量测噪声协方差；(5b)按照下式，计算目标检测雷达的恒虚警检测门限值：其中，γk表示k时刻目标检测雷达的检测门限值，μk表示k时刻目标检测的雷达得到回波的平均信噪比，ln(·)表示取自然对数操作，ηk表示k时刻目标检测雷达的检测器在恒虚警率条件时的工作参数，Vk表示k时刻目标检测的雷达跟踪波门的大小，表示服从均值为方差为的正态分布，表示k时刻目标检测的雷达在跟踪门中的第l个检测单元处的量测值，表示k时刻目标检测的雷达对目标预测状态的量测值，表示坐标变换后k时刻目标检测的雷达对目标预测状态的量测协方差值；(6)确定有效量测：将目标检测雷达量测值中所有大于检测门限值的量测作为有效量测；(7)判断多雷达系统中所有的目标检测雷达是否选择完，若是，则执行步骤(8)，否则，执行步骤(4)；(8)按照下式，计算组合联合事件的数量：其中，N′e表示e时刻组合联合事件的数量，S表示多雷达系统中雷达的总数，∏表示连乘操作，s表示多雷达系统中各个雷达的标号，表示从Ms,r个量测中选择1个量测来源于目标的排列组合操作，表示r时刻多雷达系统中第s个雷达所有Ms,r个量测都来源于虚警，Ms,r表示r时刻多雷达系统中第s个雷达的有效量测总数，r的取值与e相同；(9)按照下式，更新当前目标跟踪状态：其中，yd表示d时刻更新后的目标跟踪状态，∑表示求和操作，yJ,d表示d时刻组合联合事件中第J个事件更新后的状态，J表示在所有组合联合事件中的标号，表示d时刻所有组合联合事件中第J个事件发生的概率；(10)按照下式，更新目标跟踪状态的协方差：其中，Cd表示更新后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多雷达系统中目标检测跟踪联合处理方法，包括如下步骤:(1)按照下式，构建目标运动模型：ξTk＝FξTk‑1+uTk‑1其中，ξTk表示Tk时刻目标的运动状态，F表示匀速运动情况下目标状态的转移矩阵，ξTk‑1表示Tk‑1时刻目标的运动状态，uTk‑1表示分布服从均值为零、协方差为QTk‑1的高斯分布的运动过程噪声；(2)按照下式，构建目标量测模型：其中，表示t时刻多雷达系统中第n个雷达对目标测量得到过门限值的第j个含噪声的量测值，hn,t(ξt)表示t时刻多雷达系统中第n个雷达对目标状态ξt的量测值，wn,t表示t时刻多雷达系统中第n个雷达分布服从均值为零、协方差为Σn,t的高斯分布的量测噪声，vn,t表示在t时刻在多雷达系统中第n个雷达跟踪波门内服从均匀分布的虚假量测值；(3)初始化：(3a)将目标状态的先验信息作为待跟踪目标初始时刻的跟踪状态；(3b)按照下式，计算目标运动状态初始协方差：C0＝CRLB(y0)其中，C0表示目标运动状态初始协方差，CRLB(y0)表示初始时刻目标运动的跟踪状态y0的克拉美罗限；(4)选择目标检测的雷达：从多雷达系统中，任选一个雷达作为目标检测的雷达；(5)确定恒虚警检测门限值：(5a)按照下式，计算目标检测雷达的检测器在恒虚警率条件时的工作参数：ηk=Vk(1+μk)[VkP(1+μkμk)(1+μk)2μk(1+μk(2π)nzμk|Σk|)-12μk](1+μk)μk]]>其中，ηk表示k时刻目标检测雷达的检测器在恒虚警率条件时的工作参数，Vk表示k时刻目标检测雷达跟踪波门的大小，μk表示k时刻目标检测的雷达得到回波的平均信噪比，P表示目标检测的雷达所要求的虚警率；nz表示目标检测雷达对目标量测的维数，Σk表示k时刻目标检测雷达的量测噪声协方差；(5b)按照下式，计算目标检测雷达的恒虚警检测门限值：其中，γk表示k时刻目标检测雷达的检测门限值，μk表示k时刻目标检测的雷达得到回波的平均信噪比，ln(·)表示取自然对数操作，ηk表示k时刻目标检测雷达的检测器在恒虚警率条件时的工作参数，Vk表示k时刻目标检测的雷达跟踪波门的大小，表示服从均值为方差为的正态分布，表示k时刻目标检测的雷达在跟踪门中的第l个检测单元处的量测值，表示k时刻目标检测的雷达对目标预测状态的量测值，表示坐标变换后k时刻目标检测的雷达对目标预测状态的量测协方差值；(6)确定有效量测：将目标检测雷达量测值中所有大于检测门限值的量测作为有效量测；(7)判断多雷达系统中所有的目标检测雷达是否选择完，若是，则执行步骤(8)，否则，执行步骤(4)；(8)按照下式，计算组合联合事件的数量：Ne′=Πs=1S(C1Ms,r+C0Ms,r)]]>其中，N′e表示e时刻组合联合事件的数量，S表示多雷达系统中雷达的总数，∏表示连乘操作，s表示多雷达系统中各个雷达的标号，表示从Ms,r个量测中选择1个量测来源于目标的排列组合操作，表示r时刻多雷达系统中第s个雷达所有Ms,r个量测都来源于虚警，Ms,r表示r时刻多雷达系统中第s个雷达的有效量测总数，r的取值与e相同；(9)按照下式，更新当前目标跟踪状态：yd=ΣJyJ,dβdJ]]>其中，yd表示d时刻更新后的目标跟踪状态，∑表示求和操作，yJ,d表示d时刻组合联合事件中第J个事件更新后的状态，J表示在所有组合联合事件中的标号，表示d时刻所有组合联合事件中第J个事件发生的概率；(10)按照下式，更新目标跟踪状态的协方差：Cd=ΣJβdJ[CJ,d+yJ,d(yJ,d)T]-yd(yd)T]]>其中，Cd表示更新后的目标状态协方差，∑表示求和操作，J表示在所有组合联合事件中的标号，表示c时刻所有组合联合事件中第J个事件发生的概率，CJ,d表示yJ,d的协方差值，yJ,d表示d时刻组合联合事件中第J个事件更新后的状态，(·)T表示矩阵转置操作，yd表示d时刻更新后的目标跟踪状态；(11)判断目标跟踪航迹是否发散，若是，则执行步骤(12)，否则，当前时刻加1，将跟踪器当前的跟踪状态反馈到检测中心后执行步骤(4)；(12)目标跟踪结束。...

【技术特征摘要】
1.一种多雷达系统中目标检测跟踪联合处理方法，包括如下步骤:(1)按照下式，构建目标运动模型：ξTk＝FξTk-1+uTk-1其中，ξTk表示Tk时刻目标的运动状态，F表示匀速运动情况下目标状态的转移矩阵，ξTk-1表示Tk-1时刻目标的运动状态，uTk-1表示分布服从均值为零、协方差为QTk-1的高斯分布的运动过程噪声；(2)按照下式，构建目标量测模型：其中，表示t时刻多雷达系统中第n个雷达对目标测量得到过门限值的第j个含噪声的量测值，hn,t(ξt)表示t时刻多雷达系统中第n个雷达对目标状态ξt的量测值，wn,t表示t时刻多雷达系统中第n个雷达分布服从均值为零、协方差为Σn,t的高斯分布的量测噪声，vn,t表示在t时刻在多雷达系统中第n个雷达跟踪波门内服从均匀分布的虚假量测值；(3)初始化：(3a)将目标状态的先验信息作为待跟踪目标初始时刻的跟踪状态；(3b)按照下式，计算目标运动状态初始协方差：C0＝CRLB(y0)其中，C0表示目标运动状态初始协方差，CRLB(y0)表示初始时刻目标运动的跟踪状态y0的克拉美罗限；(4)选择目标检测的雷达：从多雷达系统中，任选一个雷达作为目标检测的雷达；(5)确定恒虚警检测门限值：(5a)按照下式，计算目标检测雷达的检测器在恒虚警率条件时的工作参数：ηk=Vk(1+μk)[VkP(1+μkμk)(1+μk)2μk(1+μk(2π)nzμk|Σk|)-12μk](1+μk)μk]]>其中，ηk表示k时刻目标检测雷达的检测器在恒虚警率条件时的工作参数，Vk表示k时刻目标检测雷达跟踪波门的大小，μk表示k时刻目标检测的雷达得到回波的平均信噪比，P表示目标检测的雷达所要求的虚警率；nz表示目标检测雷达对目标量测的维数，Σk表示k时刻目标检测雷达的量测噪声协方差；(5b)按照下式，计算目标检测雷达的恒虚警检测门限值：其中，γk表示k时刻目标检测雷达的检测门限值，μk表示k时刻目标检测的雷达得到回波的平均信噪比，ln(·)表示取自然对数操作，ηk表示k时刻目标检测雷达的检测器在恒虚警率条件时的工作参数，Vk表示k时刻目标检测的雷达跟踪波门的大小，表示服从均值为方差为的正态分布，表示k时刻目标检测的雷达在跟踪门中的第l个检测单元处的量测值，表示k时刻目标检测的雷达对目标预测状态的量测值，表示坐标变换后k时刻目标检测的雷达对目标预测状态的量测协方差值；(6)确定有效量测：将目标检测雷达量测值中所有大于检测门限值的量测作为有效量测；(7)判断多雷达系统中所有的目标检测雷达是否选择完，若是，则执行步骤(8)，否则，执行步骤(4)；(8)按照下式，计算组合联合事件的数量：Ne′=Πs=1S(C1Ms,r+C0Ms,r)]]>其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：严俊坤，陈林，刘宏伟，周生华，纠博，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，西安中电科西电科大雷达技术协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61