一种多点低慢小空中目标跟踪临视系统技术方案

本发明专利技术涉及雷达低空目标跟踪技术领域，具体涉及一种多点低慢小空中目标跟踪临视系统，采用如下步骤：步骤一：构建相控阵雷达的坐标系；步骤二：跟踪滤波坐标系的选择；步骤三：低空目标的状态方程，步骤四：建立目标观测模型和状态模型；步骤五：相关多径误差的去相关过程；步骤六：应用交互多模算法；它根据低空目标的观测噪声的特性，建立两个模型；计算仿真结果表明，算法有效地利用了两个模型，在多径误差出现尖峰的时间点上，自动地增大观测方程中观测噪声的方差，减弱了多径误差的影响，提高了跟踪性能。

A multi-point low slow small air target tracking face-to-face system

【技术实现步骤摘要】
一种多点低慢小空中目标跟踪临视系统
本专利技术涉及雷达低空目标跟踪
，具体涉及一种多点低慢小空中目标跟踪临视系统。
技术介绍
低空慢速小目标(以下简称“低慢小”)具有管控难、侦测难、处置难的特点，针对低慢小的防空是一个世界性难题。低慢小是指飞行高度在以下、飞行速度小于、反射截面小于的目标。其中以下的空域出现的低慢目标，由于体积小、操控简单、可搭载一定重物，且飞行高度低、地物遮挡多，空军和雷达设备无法覆盖，成为侦侧和防范的难点。目前所能见到的低慢小目标包括航空模型、动力三角翼、动力伞、三角翼、滑翔伞、航天模型、轻型和超轻型飞机、轻型直升机、滑翔机、热气飞艇、热气球、悬挂气球和风筝等十几种。其中管制较难，不易防范的有携带传单或某些危险品的模型飞机、动力三角翼、动力伞、滑翔伞等。滑翔伞和滑翔机升空条件复杂，动力伞获得途径有限，因此这四种目标中又以航空模型因其隐蔽性强、可获得性容易、升空突然、易操控、反射截面小成为防控重点和难点。防范处置低空慢速小目标干扰破坏，是重大安保活动的世界性难题，突出表现为：管控难，侦测难，处置难。专利申请号为201710910422.6，公开号为CN107577198A，专利名称为一种对“低慢小”无人飞行器监视的系统及方法”，其提供了一种基对“低慢小”无人飞行器监视的系统及方法，该专利技术创造结合雷达激光测距仪、雷达、光电设备；探测装置、留空无人机可实现对无人机的自动发现及识别，兼容多种监测手段，并通过无线网络发送到指挥控制平台进行数据分析、处理、存储，解决了单一发现方式发现率低以及容易出现漏警情况的缺点，提高了发现率，减少了漏警情况，提高了工作效率。但是上述方法存在的不足之处是，尽管该方法成功地消除了单脉冲雷达和通道信号较小时方差较大的测量误差，但它不能消除其他情况下存在于单脉冲比中的近似恒定的偏差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种多点低慢小空中目标跟踪临视系统。本专利技术所述的一种多点低慢小空中目标跟踪临视系统，采用如下步骤：步骤一：构建相控阵雷达的坐标系，采有如下步骤：(1)建立以雷达为中心的直角坐标系OXYZ；(2)建立以相控阵雷达的相阵坐标系OXrYrZr；(3)相阵坐标系OXrYrZr是由直角坐标系OXYZ旋转得到的；步骤二：跟踪滤波坐标系的选择，采用如下步骤：(1)相控阵雷达测量出目标的距离R、俯仰角θ、方位角α，目标在直角坐标系中的坐标为(x,y,z)，则有坐标转换公式旋转操作：(2)选用两个滤波器，其中一个滤波器用于相互耦合的x、y坐标，另一个滤波器用于z坐标，且z坐标方向上采用相应的多径消除技术，抑制多路径传播引起的误差；步骤三：低空目标的状态方程，采用如下步骤：(1)设目标具有正常水平高度，其高度的测量和状态方程为：x(k+1)＝x(k)+Tv(k+1)z(k)＝x(k)+w(k)其中:x(k)、z(k)代表目标真实和测量高度，w(k)是白色高斯的测量噪声，v(k)代表目标垂直速度；由地球曲面或目标高度的振动因素引起，是一个白色高斯噪声；(2)过程噪声方差σv2的选择，可以根据目标机动时的最大速度来选择，σv应该与最大垂直速度的关系可取步骤四：建立目标观测模型和状态模型：观测模型1：z(k)＝x(k)+w(k)，观测模型2：z(k)＝x(k)+wM(k)；其中：wM为多路径引起的观测噪声，是一个自相关序列，可由一阶AR模型产生；wM(k)＝αwM(k-1)+vM；其中：α为AR模型参数，vM为AR模型中的零均值自噪声，其方差为σvM2；步骤五：相关多径误差的去相关过程，采用如下步骤：(1)步骤四中的观测模型2中的噪声具有自相关性，不能直接采用Kalman滤波算法；为使得观测噪声去相关，由当前时刻的观测和乘以加权系数的前一时刻的观测产生新的序列：若上式有上式右边的最后一项通常很小，可以忽略，则有自相关序列wM的自相关函数为r(k)，(2)上述相关函数可由递推式得到其估计，如下所示：上式中的噪声序列可由下式产生：其中：为滤波过程中k时刻对状态向量x(k)的估计；步骤六：应用交互多模算法，采用如下步骤：(1)如上述步骤所述，有两个可能的观测模型，滤波需要混和两个系统状态估计器，应用交互多模算法，得到最终的状态估计；(2)系统假定是两个模型中的一个，M(k)∈{M1,M2}，其中M1为无多径噪声模型，M2为有多径噪声模型；(3)模型的Markov转移概率为ui,j＝{Mj(k)|Mi(k-1)}，表示:已知在k-1时刻模型为Mi，在k时刻模型为Mj的概率，只有两个目标模型，则状态转移矩阵为其中在k-1时刻模型为Mi，在k时刻保持模型Mi的概率Pii满足下式：式中Ti为模型Mi的驻留时问，T为采样间隔。进一步地，步骤一中以雷达为中心的直角坐标系OXYZ中，Z沿当地垂线向上，X和Y位于当地水平面内，X指向东，而Y指向北。进一步地，步骤一中的相控阵雷达的相阵坐标系OXrYrZr中，Zr垂直于雷达阵面向上，Xr和Yr位于雷达阵面内，并互相正交，Xr平行于雷达阵面与当地水平面的交线。进一步地，步骤一中，相阵坐标系OXrYrZr是由直角坐标系OXYZ旋转得到的，以Z为轴北，顺时针为正旋转一个λ角，变换矩阵T1，得到OX'Y'Z'；再以X'为轴，顺时针为正旋转一个φ角，变换矩阵T2，坐标系就旋转到OXrYrZr；总变换矩阵T：本专利技术有益效果为：本专利技术所述的一种多点低慢小空中目标跟踪临视系统，它根据低空目标的观测噪声的特性，建立两个模型；计算仿真结果表明，算法有效地利用了两个模型，在多径误差出现尖峰的时间点上，自动地增大观测方程中观测噪声的方差，减弱了多径误差的影响，提高了跟踪性能。【附图说明】此处所说明的附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：图1是本专利技术中的雷达相控阵坐标系与直角坐标系示意图。【具体实施方式】下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。本专利技术是针对
技术介绍
中低空慢速小目标，其飞行高度低、地物遮挡多，空军和雷达设备无法覆盖，成为侦侧和防范的难点，其隐蔽性强、可获得性容易、升空突然、易操控、反射截面小成为防控重点和难点，造成管控难，侦测难，处置难等等问题而研发的一种目标跟踪临视系统。本专利技术提出了提高测量精度的补偿措施，从而能够实现抑制了低空目标跟踪中多路径传播的误差。本专利技术针对低空目标的探测与跟踪受到海杂波和多路径传播的影响，具有和高空目标不同的特性。本设计中的实验雷达，在设计时一般分为低空模式和中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多点低慢小空中目标跟踪临视系统，其特征在于：采用如下步骤：/n步骤一：构建相控阵雷达的坐标系，采有如下步骤：/n(1)建立以雷达为中心的直角坐标系OXYZ；/n(2)建立以相控阵雷达的相阵坐标系OX

【技术特征摘要】
1.一种多点低慢小空中目标跟踪临视系统，其特征在于：采用如下步骤：
步骤一：构建相控阵雷达的坐标系，采有如下步骤：
(1)建立以雷达为中心的直角坐标系OXYZ；
(2)建立以相控阵雷达的相阵坐标系OXrYrZr；
(3)相阵坐标系OXrYrZr是由直角坐标系OXYZ旋转得到的；
步骤二：跟踪滤波坐标系的选择，采用如下步骤：
(1)相控阵雷达测量出目标的距离R、俯仰角θ、方位角α，目标在直角坐标系中的坐标为(x,y,z)，则有坐标转换公式旋转操作：
(2)选用两个滤波器，其中一个滤波器用于相互耦合的x、y坐标，另一个滤波器用于z坐标，且z坐标方向上采用相应的多径消除技术，抑制多路径传播引起的误差；
步骤三：低空目标的状态方程，采用如下步骤：
(1)设目标具有正常水平高度，其高度的测量和状态方程为：
x(k+1)＝x(k)+Tv(k+1)
z(k)＝x(k)+w(k)
其中:x(k)、z(k)代表目标真实和测量高度，w(k)是白色高斯的测量噪声，v(k)代表目标垂直速度；由地球曲面或目标高度的振动因素引起，是一个白色高斯噪声；
(2)过程噪声方差σv2的选择，可以根据目标机动时的最大速度来选择，σv应该与最大垂直速度的关系可取
步骤四：建立目标观测模型和状态模型：
观测模型1：z(k)＝x(k)+w(k)，观测模型2：z(k)＝x(k)+wM(k)；
其中：wM为多路径引起的观测噪声，是一个自相关序列，可由一阶AR模型产生；
wM(k)＝αwM(k-1)+vM；
其中：α为AR模型参数，vM为AR模型中的零均值自噪声，其方差为σvM2；
步骤五：相关多径误差的去相关过程，采用如下步骤：
(1)步骤四中的观测模型2中的噪声具有自相关性，不能直接采用Kalman滤波算法；为使得观测噪声去相关，由当前时刻的观测和乘以加权系数的前一时刻的观测产生新的序列：

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【专利技术属性】
技术研发人员：范世铭，朱圣棋，陈刚毅，王喜进，范林秀，
申请(专利权)人：广东中科四创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44