TWS雷达机动目标连续跟踪方法

作     者：桑航 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周共健

授予年度：2021年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：多目标跟踪 边扫描边跟踪 跟踪延迟 集成航迹分裂 

摘      要：传统的TWS（边扫描边跟踪）雷达的扫描天线在探测到目标过后立即返回对目标的观测值。雷达在一个扫描周期内不断地接收到观测值。但是,传统的跟踪算法都是等到一个扫描周期结束后才对目标最新状态进行估计的,比如联合概率数据关联算法（JPDA）和联合集成航迹分裂目标跟踪算法（JITS）等。这种更新方式可能导致从收到目标的观测到对目标状态进行更新存在很大的延迟。此外,这种更新方式是建立在每一扫描周期内扫描天线对单个目标只扫描一次,产生一个观测数据的前提下的。这种假设可能导致航迹在扫描边界附近出现断裂。TWS雷达主要的扫描方式有两种,一种是圆周扫描,另一种是扇形扫描。对于圆周扫描,跟踪延迟主要取决于目标在被扫描到时所处的位置。目标离扫描周期开始的位置越近,跟踪延迟越大,目标离扫描周期结束的位置越近,跟踪延迟越小。当目标跨越圆周扫描的边界时,可能出现航迹断裂。如果此时目标的运动与天线的扫描为同一个方向,则雷达可能在某一周期内接收不到来自目标的观测;如果此时目标的运动与天线的扫描为不同方向,则雷达可能在某一周期内收来自目标的观测结果两次。而传统的跟踪算法每个周期只更新一次,这会导致跟踪算法与接收到的观测的错位。若出现错误关联,则跟踪准确度下降,若没有出现错误关联,则出现航迹断裂的现象。对于扇形扫描TWS雷达,天线不断变化扫描方向,跟踪延迟除了跟目标位置有关以外,还与天线扫描方向有关。此外,扇扫雷达所扫描的方位角范围有限,当目标越过扫描边界后,扇扫雷达无法对其进行跟踪。因此扇扫雷达不存在边界问题。在本文中,我们提出了一种基于线性多目标集成航迹分裂（LMITS）算法的动态更新方法。针对在圆周扫描TWS雷达和扇形扫描TWS雷达中的上述跟踪延迟问题和边界问题,本文做了以下工作:（1）针对圆周扫描和扇形扫描TWS雷达中的重访间隔问题进行研究,提出了改良的空时联合状态估计方法,为连续跟踪算法的研究奠定基础。（2）针对圆周扫描TWS雷达中的跟踪延迟问题和边界问题,提出了一种动态更新算法——连续跟踪算法（CITS）。连续跟踪算法将更新时机放在天线扫过航迹波门之后,最大限度地降低了跟踪延迟。此外,连续跟踪算法算法取缔了传统的按周期更新的方式,改为按航迹波门进行更新。连续跟踪算法在每个周期的更新次数由实际的航迹波门位置决定,这样解决了边界问题。仿真实验表明,连续跟踪算法显著降低了跟踪延迟,并提高了目标跨越边界时跟踪算法的跟踪准确度和航迹维持能力。（3）在单目标连续跟踪算法的基础上,本研究结合提出了多目标连续跟踪算法（LMCITS）和机动多目标连续跟踪算法（IMM-LMCITS）。仿真实验表明,无论是多目标还是机动目标,连续跟踪算法显著降低了跟踪延迟,并提高了目标跨越边界时跟踪算法的跟踪准确度和航迹维持能力。（4）针对扇形扫描TWS雷达,本文在分析了它的扫描方式过后,针对扇扫情形下的重访间隔问题和跟踪延迟问题进行研究,提出了适用于扇扫TWS雷达跟踪系统的连续跟踪算法。仿真实验表明,在没有降低跟踪准确度和航迹维持能力的前提下,连续跟踪算法显著降低了跟踪延迟。