一種基于偽滑窗L判決準則的航跡刪除方法與流程

本發明屬于雷達信號處理技術領域，特別設計邊掃描變跟蹤雷達系統多目標跟蹤技術領域。

背景技術：

邊掃描變跟蹤雷達是一種多目標跟蹤雷達，在跟蹤目標的同時分出一部分波束對空域進行搜索。由于一部雷達系統的時間能量資源有限，要實現對更多批次目標的搜索和跟蹤，需要盡可能提高雷達系統的時間能量資源利用率。為此，出現了各種系統資源自適應調度算法。其中，針對多目標跟蹤問題提出的自適應調整數據率的目標跟蹤算法一般采用的策略為：在滿足跟蹤精度要求情況下，根據目標的運動狀態自適應選擇合適的數據更新率，盡可能減少對每個目標的累計照射時間,以消耗最少的系統時間能量資源。一般，當目標機動性較大時，采用高采樣率進行掃描；目標機動性較小時采用低采樣率。盡管交互式多模型濾波器可以用于機動性目標跟蹤問題，但當目標的機動性很大時，交互式多模型算法很難反應目標的機動性，因此仍然需要較高的采樣率。存在的問題是：當抽樣頻率很高時，由于跟蹤波束每次只能照射到部分區域，需要連續多個掃描波束才能掃完整個監控區域。于是，目標可能連續多幀檢測不到。

在雜波干擾背景下，跟蹤過程中可能會將雜波誤認為一個目標并建立一條航跡，這就需要在跟蹤過程中判斷哪些是虛假航跡并予以刪除，以提高跟蹤性能。一個可行的方法就是在航跡更新過程中根據某種準則刪除掉一部分航跡，而這個準則就是所謂的航跡刪除準則。在傳統跟蹤算法中，一種常用的航跡刪除技術是基于滑窗L判決準則航跡刪除算法：當一條航跡連續幾幀都沒有關聯到點跡，而只能靠外推預測位置進行更新時，那么這條航跡很可能就是一條虛假航跡。但由于在實際的邊掃描邊跟蹤系統中，雷達需要多次掃描才能覆蓋整個區域，目標在這多個掃描間隔內可能只能被觀測到一次。即使是已經被鎖定的目標，也可能由于目標數量過大而與很多目標共享一個雷達波束。因此，目標很可能在連續多幀內都檢測不到，那么根據傳統的航跡刪除方法，真實航跡就可能會被誤認為是虛假航跡而刪除。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠跟蹤多個采樣間隔隨時間變化的目標的航跡確認從而進行航跡刪除的方法。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是，一種基于偽滑窗L判決準則的航跡刪除方法，包括以下步驟：

步驟1、初始化參數，包括數據關聯門限γ，航跡刪除閾值L；

步驟2、當觀測的幀數k達到航跡判決基數時，對第k幀量測z_k與所有航跡進行數據關聯；

步驟3、根據關聯結果更新航跡的狀態：若航跡關聯到量測，則基于卡爾曼濾波算法更新目標狀態；否則，不對目標狀態進行更新；

步驟4、根據關聯結果更新航跡對應的滑窗：

若第i條航跡關聯到量測，則更新k時刻的第i條航跡關聯標志M_t(k,i)＝1，i＝1,2，…,m，m為航跡條數；

若第i條航跡關聯未到量測，且目標的預測位置不在當前雷達波束照射區域，則更新k時刻的第i條航跡關聯標志M_t(k,i)＝0；1、0均表示有效滑窗；

若第i條航跡關聯未到量測，且目標的預測位置在當前雷達波束照射區域，則更新k時刻的第i條航跡關聯標志M_t(k,i)＝inf；inf表示偽滑窗；

步驟5、查找1到k時刻第i條航跡的航跡關聯標志M_t(：,i)提取有效滑窗向量M'；

步驟6、對有效滑窗向量M'根據L判決準則進行航跡刪除。

本發明考慮了在窄波束邊掃描變跟蹤雷達跟蹤系統中，不同目標被觀測到的時間間隔不同的情況，跟蹤的同時根據雷達波束掃描規律實時判定目標是否被雷達回波照射，雷達實時跟蹤情況將滑窗區分為有效和偽滑窗，對航跡進行管理的時候剔除掉偽滑窗，以忽略雷達照射不到目標所在區域時其對航跡刪除決策的影響，若航跡在連續L個有效的滑窗內沒關聯到量測，則認為該航跡為虛假航跡并刪除。由于航跡刪除過程中，將劃窗劃分為有效和偽滑窗，只關注有效滑窗，這種方法稱為偽滑窗L準則。本發明在跟蹤的同時，根據雷達波束的實時監控區域，對滑窗動態調整，并據此對航跡做出合理的判決。

本發明的有益效果是，有效地解決了在窄波束邊掃描變跟蹤雷達跟蹤系統中傳統航跡刪除方法可能將真實航跡被誤認為虛假航跡的問題，簡單易行，可以在邊掃描變跟蹤雷達體系中及微弱目標跟蹤中實現虛假航跡的刪除，降低了航跡誤刪了概率。

附圖說明

圖1為本發明的流程框圖；

圖2為雷達檢測后得到的點跡和真實航跡圖；

圖3為本發明與傳統基于滑窗L判決準則航跡刪除技術的成功跟蹤航跡條數對比圖；

圖4為本發明與傳統基于滑窗L判決準則航跡刪除技術的跟蹤精度對比圖。

具體實施方式

為了方便描述本發明的內容，首先對以下術語進行解釋：

1：L判決準則

現有用于判斷航跡是否為虛假航跡的邏輯判決準則，當目標連續L幀內沒有被觀測到，則認為該航跡為虛假航跡。

2：偽滑窗

滑窗在本發明中指用于標記n個假設事件的向量，若第k(k＝1,2,……,n)個事件為真，則第k個滑窗標記為1，否則，則標記為0。本發明中增加了一種中間狀態inf，中間狀態的滑窗認為是無效的，進行相關處理時會刪除無效滑窗，因此稱為偽滑窗。有效滑窗指標記為1或0的滑窗。

3：恒虛警檢測

在實際干擾環境下提供可預知的檢測和虛警，從而可以準確地設定檢測門限的一種現有技術，具有這種特性的檢測器稱為恒虛警檢測器。

4：數據關聯

在跟蹤目標時，除了附加噪聲的不確定性外，觀測還具有雜波造成的來源不確定性。對量測數據和估計航跡進行配對的過程稱為數據關聯，數據關聯為一種常用的數據處理方法。

本發明提出了一種基于偽滑窗L判決準則的航跡刪除技術，步驟如下：

步驟1、初始化參數，包括數據關聯門限γ，航跡刪除閾值L，假設已經成功起始航跡，時間幀k＝3；

步驟2、第k幀量測與所有航跡進行數據關聯，n為檢測到的量測個數，如果滿足下式，則認為關聯成功：

v'(k)S^-1(k)v(k)<γ²

其中，’表示轉置，v(k)表示量測z_k與預測位置的差值，分別為k時刻的狀態預測，H表示狀態轉移矩陣

S(k)表示v(k)的協方差矩陣；這里使用量測與預測位置的馬氏距離小于固定門限值γ則認為量測和航跡來自同一目標的關聯方式，也可以使用現有其他數據關聯方式進行量測與航跡的關聯方法；

步驟3、根據關聯結果更新航跡的狀態：若航跡關聯到量測，則基于卡爾曼濾波算法更新目標狀態；否則，不對目標狀態進行更新；

步驟4、根據關聯結果更新航跡對應的滑窗：

若第i條航跡關聯到量測，則更新k時刻的第i條航跡關聯標志M_t(k,i)＝1，i＝1,2，…,m，m為航跡條數；

若第i條航跡關聯未到量測，且目標的預測位置不在當前雷達波束照射區域，則更新k時刻的第i條航跡關聯標志M_t(k,i)＝0；

若第i條航跡關聯未到量測，且目標的預測位置在當前雷達波束照射區域，則更新k時刻的第i條航跡關聯標志M_t(k,i)＝inf，inf為無窮大；

步驟5、查找1到k時刻第i條航跡的航跡關聯標志M_t(：,i)中0或1元素的索引或者刪除M_t(：,i)中inf的索引，根據提取出的索引或者刪除后剩下的索引，就能提取出第i條航跡對應的有效滑窗向量M'；

步驟6、基于偽滑窗L判決準則進行航跡刪除，本發明的基于偽滑窗L判決是指在刪除了偽滑窗的前提下只對有效滑窗進行的L判決：

若有效滑窗向量M'長度大于或等于航跡刪除閾值L，則對第i條航跡繼續維持；航跡刪除閾值L通常取值為4到6；

若有效滑窗向量M'長度小于航跡刪除閾值L，則刪除第i條航跡；

步驟7、判斷當前觀測幀數k，是否滿足k＝K，如是，觀測結束，否則令k＝k+1，返回步驟2進行下一幀的觀測，K為總的觀測幀數。這里，觀測時刻與觀測幀數的起點、終點與計數方式相同，均用變量k表示。

本發明主要采用計算機仿真的方法進行驗證，所有步驟、結論都在MATLAB-R2013b上驗證正確。如圖2所示，共有2個目標在一個二維平面上做勻速直線運動，目標被掃描到的時間間隔是不固定的。圖3為100次蒙特卡洛試驗下雷達跟蹤到的目標個數，結果表明：傳統航跡刪除方法下，目標僅被跟蹤到不足0.1條，而本發明達到1.6條，大大提高了成功跟蹤概率。圖4為跟蹤精度對比，由于成功跟蹤概率低，傳統跟蹤算法的均方根誤差(RMSE)維持在最大跟蹤誤差附近；而本發明的均方根誤差顯然大大降低。其中，本發明的RMSE曲線起伏的原因是雷達連續多幀觀測不到目標導致誤差積累，檢測到目標時，狀態估計得到修正，于是誤差驟然降低。

通過本發明具體實施方式可以看出，本發明可以很好的實現對抽樣間隔隨時間變化的目標的跟蹤。同時，本發明還可以解決集中式跟蹤系統多傳感器異步通信時相同的問題。可以應用于水下被動定位聲吶跟蹤等領域。