專利名稱：一種基于坐標旋轉(zhuǎn)變換的雷達跟蹤方法
技術領域：
本發(fā)明涉及雷達跟蹤技術，屬于雷達信號處理領域，具體涉及一種基于坐標旋轉(zhuǎn)變換的雷達跟蹤方法。
背景技術：
對目標運動狀態(tài)進行估計時，學者Kalman將狀態(tài)變量法引入到濾波理論中來，使狀態(tài)空間描述與離散時間更新聯(lián)系起來，對狀態(tài)進行線性最小均方根誤差估計，應用最為廣泛，并稱之為卡爾曼濾波方法。在雷達進行目標跟蹤的過程中，由于在直角坐標系中易于對目標的運動狀態(tài)進行描述，所以，目標狀態(tài)方程通常是在直角坐標系中建立的。然而，對目標位置的量測通常是在極坐標系中得到的，即在極坐標系中，進行目標位置相對于雷達的距離、方位角或俯仰角(包括3D雷達的俯仰角)的量測；這就使得目標的運動狀態(tài)參量 (即目標動態(tài)參數(shù))與雷達量測值之間的關系是非線性的，所以，雷達跟蹤系統(tǒng)必然是非線性系統(tǒng)，這樣就不能采用經(jīng)典的Kalman濾波算法對目標進行跟蹤。
目前，在雷達跟蹤系統(tǒng)中，為了解決非線性濾波問題，主要有三類解決方法一是近似非線性方程的方法，例如基于泰勒展開式的擴展卡爾曼濾波(EKF)方法；二是估計目標狀態(tài)一階矩和二階矩的方法，例如基于不敏變換，并沿用卡爾曼濾波框架的不敏卡爾曼濾波(UKF)算法；三是直接估計狀態(tài)后驗概率密度函數(shù)的方法，例如基于重要性采樣原理的粒子濾波(PF)算法。然而，目前所有的濾波算法都是在事先選定的坐標系下進行目標狀態(tài)估計的，這樣，濾波系統(tǒng)的非線性程度是固定的，最終只能通過改進濾波算法來提高目標跟蹤效果。
在雷達跟蹤系統(tǒng)中，濾波系統(tǒng)模型包括狀態(tài)方程和量測方程。通常雷達量測值是在極坐標系下得到的，為了方便后續(xù)描述，將該極坐標系記為雷達極坐標系，將與該極坐標系對應的直角坐標系記為雷達直角坐標系Χ0Υ。
雷達二維極坐標量測產(chǎn)生的基本原理為
假設目標是在二維平面內(nèi)運動，目標的觀測值是在雷達極坐標下得到的，雷達極坐標的原點與雷達直角坐標系的原點重合，則目標在雷達直角坐標系下位置的真實值為
iX0=r°COSa°(1) [^0 =r0sina0
其中，Γ(ι為雷達極坐標下的目標真實距離，a0為雷達極坐標下的目標真實方位角， X0為目標在雷達直角坐標系下的橫坐標，Y0為目標在雷達直角坐標系下的縱坐標。
而在實際中，由于雷達測量精度的限制，雷達并不能獲得目標真實的距離和方位角，而是包含量測誤差的目標觀測值，那么，目標在雷達極坐標下的量測為
權利要求
1. 一種基于坐標旋轉(zhuǎn)變換的雷達跟蹤方法，其特征在于，包括 步驟S00、二維雷達量測極-直坐標轉(zhuǎn)換方程為 fx = r cosa( 1 )= r sin α其中，χ為目標在雷達直角坐標系下的量測值的橫坐標，y為目標在雷達直角坐標系下的量測值的縱坐標；對式O)中的x、y分別在0^ )處進行二元泰勒展開，并保留至一階項，將χ的一階泰勒展開式記為隨機變量g，將y的一階泰勒展開式記為隨機變量k ； χ ^ r0cosa0+ (r~r0) cosa0- (a~a0) r0sina0 □ g (2) y ^ r0sina0+ (r~r0) sina0+ (a~a0) r0cosa0 □ k (3)其中，A為雷達極坐標下的目標真實距離，a0為雷達極坐標下的目標真實方位角， 定義二維雷達量測極-直坐標轉(zhuǎn)換線性度P為Pjig和Pyk 二者的最小值 P = min ( P xg, P yk) (4)其中P μ為隨機變量χ與隨機變量g的相關系數(shù)，P yk為隨機變量y與隨機變量k的相關系數(shù)，且
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于坐標旋轉(zhuǎn)變換的雷達跟蹤方法，該方法基于隨機變量相關系數(shù)和坐標旋轉(zhuǎn)變換的原理，以達到在定量度量雷達濾波系統(tǒng)模型中的量測方程的非線性程度的基礎上，降低雷達濾波系統(tǒng)模型中的量測方程非線性程度，從而提高雷達跟蹤效果的目的；具體步驟為定義二維雷達量測極-直坐標轉(zhuǎn)換線性度ρ；當r0、σr和σa為確定的任意數(shù)值時，通過坐標旋轉(zhuǎn)變換使得ρ在時取得最大值；設置目標運動狀態(tài)，進行濾波初始化；分析由k時刻到k+1時刻的目標運動狀態(tài)并建立坐標旋轉(zhuǎn)變換濾波模型下的狀態(tài)方程和量測方程；在坐標旋轉(zhuǎn)變換濾波模型下，選取濾波算法進行濾波，得到k+1時刻目標狀態(tài)的估計值；直到達到所設置的雷達跟蹤時間長度，跟蹤結(jié)束。
文檔編號G01S13/72GK102508238SQ201110311058
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權日2011年10月14日
發(fā)明者曾濤, 李春霞, 陳新亮 申請人:北京理工大學