雷達技術論文(2)
雷達技術論文
雷達技術論文篇二
雷達跟蹤濾波技術研究
摘要：本文介紹了雷達數據處理技術中跟蹤濾波算法的基本原理，以在混合坐標系下的α-β濾波模型為研究對象，選取了典型的三維目標進行數據建模，驗證了該跟蹤濾波算法的精度滿足雷達數據處理的跟蹤要求。
關鍵詞：雷達數據處理 跟蹤濾波 仿真
中圖分類號：TN953 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2013)01-0070-03
1 雷達數據處理技術概述
雷達數據處理技術最早可追溯至19世紀初高斯提出的最小二乘法，其運用最小二乘法開創了用數學方法處理觀測和實驗數據的科學領域。之后對這種方法進行了不斷的修改和完善，成為了現代濾波理論的基礎。在現代雷達系統中，信號處理的檢測解決的是有無目標存在的問題，而數據處理則是在目標已經存在的前提下，給出其參數估計。
作為雷達信號處理的后續處理過程，雷達數據處理將數據關聯技術與現代濾波理論有機結合用于消除由雜波剩余等造成的虛假檢測，改善雷達信號處理性能;根據雷達的測量值利用參數估值理論從大量雷達回波點跡中提取捕獲目標點跡，進行點跡與點跡關聯，進行目標航跡的建立及管理，確定目標的位置、速度、機動情況等參數;進行點跡與航跡關聯、跟蹤濾波、航跡維持，形成綜合目標態勢：進行目標航跡預測外推，調度系統資源對多目標進行跟蹤監視，形成連續的目標航跡數據，向火控和武器系統輸出高數據率目標指示信息。
2 跟蹤濾波算法
跟蹤濾波是雷達數據處理技術的重要組成部分，其主要功能是根據目標的實際測量信息實時估計目標當前的位置、速度等參數，并外推出下一次天線掃描周期目標出現的位置信息。該外推信息在跟蹤雷達中用于檢驗下一拍測量信息的合理性;在搜索雷達中用于航跡的相關處理。常見的跟蹤濾波器有α-β濾波器、Kalman濾波器等，根據不同的計算資源、需處理的目標數量、目標的不同動態特性、雷達精度要求等條件可選擇不同的跟蹤濾波器。
與Kalman濾波器相比，α-β濾波器的優點是算法較簡單、計算工作量較小、容易實現。在本文應用中選用α-β濾波器，其對跟蹤目標進行最佳線性無偏估計，并按航跡質量和預測誤差改變濾波器的參數，實現自適應濾波。在混合坐標系下建立數學模型如下：
濾波方程：
其中：k為雷達的觀測次數
表示濾波值;
表示外推值;
表示雷達測量值;
和表示和的一階導數;
和為k時刻濾波器位置和速度的增益;
濾波的外推方程：
、的獲取采用工程上常用的經驗公式：
其中，r為信噪比，C為大于零的常數。
3 典型航跡仿真
根據跟蹤濾波算法建立的數學模型，選取幾種典型的雷達模擬航跡在Matlab工具中進行仿真，進一步分析該濾波算法的精度。
選取的典型模擬航跡有：水平勻速直線運動目標、水平蛇形機動目標、高度方向上躍起俯沖運動目標。將得到的目標模擬航跡數據，通過直球坐標轉換后在距離R、方位角A、俯仰角E上的數據中加入測量噪聲作為濾波器的輸入，測量噪聲的標準差分別為距離40米、方位角0.04弧度、俯仰角0.01弧度。
3.1 水平勻速直線運動目標仿真分析
選取水平勻速直線運動目標的參數為：起始位置為(x0，y0，z0)=(60km，60km，8km)，X、Y方向的速度均為500m/s，加速度為0，航路捷徑為0，采樣周期為2s。
水平勻速直線運動目標的俯仰角濾波曲線如圖1、距離和方位角濾波曲線如圖2、距離方位角俯仰角的誤差標準差曲線圖3。其中圖3中的藍色曲線為測量值與真實值之差，紅色曲線為濾波值與真實值之差，從中可以看出，濾波效果明顯，距離誤差峰值、方位角誤差峰值、俯仰角誤差峰值基本減小了一半以上。
3.2 水平蛇形機動目標仿真分析
選取水平蛇形機動目標的參數為：起始位置為(x0，y0，z0)=(30km，30km，2km)，轉彎時角速度為0.1rad/s^2(相當于機動13g)，半徑為3000m，采樣周期為2s。
水平蛇形機動是水平機動的一種，一般發生在近程和低空，而且比水平機動的機動性更大。水平蛇形機動目標的俯仰角濾波曲線如圖4、距離和方位角濾波曲線如圖5、距離方位角俯仰角的誤差標準差曲線圖6。從圖6中看出，由于水平蛇形機動目標的機動更大，距離濾波誤差較大，對方位和俯仰的濾波效果明顯。
3.3 高度方向上躍起俯沖運動目標仿真分析
選取高度方向上躍起俯沖運動目標的參數為：初始位置為(x0，y0，z0)=(8km，8km，1km)，利用峰峰高度2000，跨度100的正弦曲線模擬目標運動軌跡，最大機動約為10.5g。
高度方向上躍起俯沖運動目標的俯仰角濾波曲線如圖7、距離和方位角濾波曲線如圖8、距離方位角俯仰角的誤差標準差曲線圖9。由于目標作高度方向上的躍起俯沖運動，水平不機動，故在圖7～9中距離和方位的濾波效果接近于水平勻速運動的目標。目標高度上機動和目標水平面上機動時，濾波算法對俯仰角濾波的效果都可以達到令人比較滿意的效果。
3.4 典型目標的誤差分析
運用蒙特卡洛方法，對上述典型目標各進行了50次仿真，將得到的誤差標準差平均值整理得到表1。從中可以看出進入穩定跟蹤后，濾波得到的距離值的誤差標準差基本在20左右，方位角的誤差標準差基本在0.015左右，俯仰角的誤差標準差基本在0.0035左右。仿真結果證明，采用上述跟蹤濾波算法的精度在可接受范圍之內，滿足數據處理的跟蹤要求。
4 結語
本文介紹了雷達數據處理技術中跟蹤濾波算法的基本原理，在跟蹤濾波算法中選用α-β濾波器建立其在混合坐標系下的數學模型，用于實現自適應濾波;選取了典型的雷達目標模擬航跡在Matlab工具中進行仿真分析，驗證了該跟蹤濾波算法的精度在可接受范圍之內，滿足雷達數據處理的跟蹤要求。
參考文獻
[1]李媛媛，薛媛等.基于Matlab的雷達系統仿真.電子元器件應用，2009.9.
[2]毛滔，李盾等.相控陣雷達數據處理仿真研究.航天電子對抗，2004(4).
[3]陳強超，單雷達航跡濾波與卡爾曼濾波算法.信息化研究，2010.5.
[4]陳明燕，張偉等.相控陣雷達數據處理系統的仿真.電視技術，2008.4.
[5]竇林濤，程健慶等.基于Matlab的雷達信號處理系統仿真.指揮控制與仿真，2006.4.
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