卡尔曼滤波在边扫描边跟踪雷达中的应用

一、问题的提出 飞机等一类有人驾驶的机动目标,由于受惯性、材料、结构和驾驶员耐受能力的限制,加速度不会太大。在直角坐标系中,用匀速直线运动模型来描述就足够精确。但雷达是在球坐标系中对目标进行测量的,因此在进行卡尔曼滤波时需要进行坐标变换。 一般的算法是把测量值进行坐标变换,然后在直角坐标中进行卡尔曼滤波,所得结果再转换成球坐标,形成所需要的预测量。具体步骤如图1所示。     

边扫描边跟踪雷达系统建模与仿真

利用系统仿真工具进行雷达系统建模与仿真，可以经济、方便、高效地实现雷达系统的性能评估、方案论证等工作，大大提高设计的可靠性，保证产品在最高层次上的正确性和所设计的产品获得最佳性能，并可缩短设计周期，降低开发成本。这里以边扫描边跟踪雷达系统的仿真为例，建立了边扫描边跟踪雷达的全数字仿真系统，该系统可以模拟雷达目标回波、欺骗性干扰、杂波等信号，完成对目标的搜索，得到了运动目标的距离、速度和角度等信息，并完成了对目标的跟踪，最后对系统输出的距离、速度和角度等信息做了精度分析。     

跟踪机动目标的雷达波形选择新方法

针对多项式预测模型描述的机动目标,提出了一种新的雷达波形选择算法。由于机动目标的运动方程满足多项式的规律,以运动目标的多项式预测模型作为状态方程,Kalman滤波器可以很好地跟踪目标的位移和速度信息,并得到估计误差以及其预测。利用跟踪器得到目标状态估计误差的预测误差椭圆为基准,通过分数阶傅里叶变换来旋转测量误差椭圆,以使得雷达的测量误差椭圆与目标跟踪算法对目标状态的估计误差的预测的误差椭圆正交,从而得到了最优的波形选择。仿真结果表明,所提出的算法在性能上优于对比算法。     

俯仰扫描跟踪雷达截获概率计算初探

关于跟踪雷达的截获问题,文献[1]已经作了详尽的分析。本文的目的是:尝试给出在二维指示情况下跟踪雷达对目标的截获概率的计算方法。     

单脉冲雷达扫描方式分析与仿真

针状波束单脉冲雷达作为跟踪雷达对目标进行跟踪时,首先需要在指定空域完成目标的搜索捕获,而后再进入跟踪状态。雷达扫描方式的不同对目标的捕获性能特别是捕获概率的影响也较大。基于已有的研究对几种常用的扫描方式进行了分析与仿真,比较了各自的优劣情况,给出一种最优化思想及实现方法。仿真结果表明,螺旋形扫描性能最好,但是对系统性能要求较高,栅形扫描对系统要求较低,但扫描性能最差,其他扫描方式性能居于上述扫描方式之间。     

雷达自动检测与跟踪系统述评

引言 从最初使用雷达到现在,雷达操纵手一直靠平面位置显示器(PPI)和A-型显示器上的视觉信号来发现和跟踪目标。虽然操纵手可以很精确地完成这些任务,但不能同时观察很多目标,又容易疲劳。为了改变这种情况,在许多雷达中,正在采用自动检测和跟踪(ADT)系统。无疑,随着数字式处理的速度的提高和硬件价格和尺寸的下降,除了最简单的雷达以外,几乎所有的雷达都要采用自动检测与跟踪系统。     

跟踪雷达的截获与恒虚警问题

本文着重讨论跟踪雷达在转入自动跟踪状态前的搜索与检测问题。建立了截获过程的数学模型,导出了它的概率结构;给出了由检测器的性能计算雷达截获性能的公式,并提出了雷达截获性能与指示系统的“匹配”原则,给选择检测器参数提供了依据。对常用的双门限指向检测器的性能进行了分析,给出了计算用的曲线图。计算了不同积累数时所需的信噪比。本文还分析了噪声门限系统的恒虚警性能。     

双基地MIMO雷达目标跟踪性能分析

研究双基地多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达目标跟踪的性能。建立双基地MIMO雷达发射相干脉冲串时的目标跟踪数学模型,给出反映目标跟踪性能的贝叶斯克拉美罗界（Bayesian Cramer-Rao bound, BCRB）递推式。针对目标的线性状态方程和双基地MIMO雷达的量测方程,求解BCRB的递推式。最后仿真分析各参数对跟踪性能的影响,结果表明量测信噪比越大、量测脉冲数越多、阵元间距越大跟踪性能越好,且在总发射功率一定的条件下,发射阵元数越多跟踪性能越好。     

雷达精度分析软件的设计与实现

雷达精度分析软件（ＲＡｔｏｏｌ）是雷达计算机辅助设计集成系统（ＲＣＡＤＩＳ）的应用程序包之一。该软件是基于雷达系统设计师的需求在相控阵雷达精度分析数学模型的基础上开发的。本文介绍了ＲＡｔｏｏｌ软件的功能、性能、所使用的关键算法以及软件的逻辑结构。     

雷达信号分选实现的新方法

解决反辐射导弹在高密度复杂电磁环境下的雷达信号分选问题,提出一种雷达信号分选实现的新方法。采用关联比较器进行雷达信号预分选,在主分选中,应用修正的脉冲重复间隔(pulse repetition interval, PRI)算法测量雷达信号PRI。在硬件实现上提出一种非均匀设定PRI箱宽度的方法,可节省大量的运算时间,提高系统实时性。实验结果表明,该分选方法具有快速准确的优点,既解决了以往直方图统计算法中的子谐波问题,又克服了传统PRI算法不能有效分选抖动脉冲序列的缺点。     

在跟踪雷达中几种跟踪滤波器的应用

近些年来,由于自动控制技术和电子数字计算机的快速发展,数字滤波技术在制导、测轨以及工业中得到了广泛的应用,但在雷达自动跟踪目标的问题上到底如何应用,与过去工程中所习惯的设计方法有什么联系和区别,以及应用中存在着主要的问题是什么?这些都是急于要解决的问题。以下     

多站雷达中机动目标高精度跟踪分析

在快速卡尔曼滤波跟踪算法的基础上,提出了一种机动目标位置和速度的高精度卡尔曼滤波算法,用于仅提供距离和测量的多站雷达系统对机动目标的高精度定位和高精度测速。多站雷达系统提供给数据处理中心的距离和信息,通过滤波迭代算法估算出目标的位置和速度。对机动目标的仿真实验结果表明,该算法不仅改善了以前文献中目标位置的定位精度,而且对目标速度也同样具有优良的测量性能。     

跟踪雷达高低角测量误差的统计分析

提出以如下的具有慢时变方差的线性回归一自回归混合模型ｙｔ＝βＴｘｔ＋σｔεｔεｔ＝φ１εｔ－１＋…＋φｐεｔ－ｐ＋ｅｔ｛描述跟踪雷达高低角测量误差的变化规律，并提出了模型阶数的估计方法。数值例子表明，模型能较好地拟合跟踪雷达高低角量测误差数据.     

一种跟踪机动目标的新方法

本文应用控制理论分析了R.A.Singer零均值模型在跟踪机动目标方面的局限性;提出了一种目标加速度的截断正态概率密度模型,并将目标加速度模拟为非零均值、时间相关的随机过程;借助于切比雪夫(CHEBYSHEV) 不等式来确定目标加速度的均值和方差之间的关系,并引用卡尔曼滤波器所包含的目标机动的统计信息来实现方差自适应算法。 理论分析表明,本文的模型和算法跟踪恒加速目标时稳态偏差为零,从而消除了Singer方法在跟踪恒加速目标时所存在的稳态偏差。 计算机仿真结果证实了理论分析的结论,表明本文提出的模型和采用的算法能够较好地跟踪高度机动目标。     

微波雷达高精度跟踪环路建模与仿真技术研究

针对在微弱信号(低载噪比信号)动态环境为需求背景下某测量雷达中高精度跟踪环路设计的关键问题,重点研究了载波跟踪环路和码跟踪环路的设计及优化方法。提出以单载波作为导频的信号结构,研究了锁频环与锁相环联合工作的环路结构,通过对两种结构的建模分析和仿真验证,指出在微弱信号高动态环境下,锁频串行辅助锁相环的环路组合结构具有更好的性能。对于码跟踪环路,给出了宽、窄相关间距相结合的方案。通过建模解算得出了最小跟踪误差原则下码环的最优环路带宽。仿真验证了上述算法和参数设计的有效性和可靠性。     

雷达天线自跟踪系统耦合模型与仿真

本文研究天线自跟踪系统在耦合时的数学模型,提出了该模型的计算机仿真方法,以实例说明耦合对系统响应特性的影响。最后介绍一种简单的解耦设计方法。     

基于频域波形分析的调频步进雷达测距测速新方法

调频步进雷达存在时延-多普勒耦合,对目标测距测速造成严重的影响。在分析其多普勒性能的基础上,通过采样点位置得到目标的粗距离。然后,根据距离-速度耦合关系得到目标的粗速度,经过二次项补偿后再通过频域波形分析获得目标各散射点的真实距离。最后,通过解耦合得到目标精确速度。详细分析了这一解距离速度耦合的新方法,提出了基于频域波形分析法测距测速的具体步骤。仿真结果表明,这种方法在采样率较高和速度不模糊时具有较好的效果。     

雷达与ESM综合多目标检测、跟踪与识别

为在预警监视系统中对多目标的检测、跟踪、识别过程进行统一处理,提出一种基于跳转马尔可夫系统模型高斯混合概率假设密度滤波(jump Markov system model Gaussian mixture probability hypothesis density filtering,JMS-GMPHDF)算法的雷达、电子支援措施（electronic support measures,ESM）综合多目标检测、跟踪与识别方法。该方法首先根据不同类别目标设计各自的多目标多模型高斯混合概率假设密度滤波器,并在各滤波器处理过程中同时对高斯项进行编号;然后,根据目标速度与加速度模型信息进行高斯项综合与类别判决,同时根据ESM测量信息进行型号判决;最后,通过航迹综合管理,形成具有运动状态信息以及类别、型号、航迹编号信息的确定航迹。仿真实验验证了该方法能够有效综合雷达、ESM测量数据,在进行多目标检测、跟踪的同时进行正确的类别、型号判决,并形成确定航迹。     

基于雷达与图像信息融合的目标跟踪仿真研究

提出了同平台上一种基于雷达与图像信息融合的目标跟踪系统结构和相应算法。该结构引入“反馈加引导”的思想,即在将系统融合状态反馈给局部传感器作为跟踪初始状态的基础上,利用距离信息引导图像传感器捕获目标,利用角度信息引导雷达跟踪目标,真正做到了两种不同传感器的优势互补。仿真结果证明该系统具有良好的跟踪性能。     

基于雷达和光电传感器的融合跟踪

基于防空武器系统的跟踪制导问题提出了一种利用雷达和光电传感器的融合跟踪方法。雷达能探测目标的斜距、方位角和高低角 ,光电传感器能较精确地探测目标的方位角和高低角 ,数据融合技术充分利用了雷达和光电传感器的观测信息及目标运动的特征信息 ,能显著改善系统机动目标的跟踪性能 ,提高武器系统的命中率。