基于二次預測處理的閉環跟蹤方法

魏文博，楊雪亞

（中國電子科技集團第三十八研究所，安徽　合肥　230088）

基于二次預測處理的閉環跟蹤方法

魏文博，楊雪亞

（中國電子科技集團第三十八研究所，安徽合肥230088）

研究了相控陣雷達多任務時閉環跟蹤波束調度數據率不固定的問題，提出一種基于二次預測處理的閉環跟蹤方法。該方法通過對前一時刻濾波結果進行二次預測，降低了近距離伴飛或虛警點被關聯成跟蹤目標的風險。

相控陣雷達；閉環跟蹤；二次預測

引言

自1956年美國首臺采用單脈沖技術的高精度跟蹤測量雷達成功研制以來，精密跟蹤測量雷達已廣泛應用于空間探測領域，以及各類靶場武器測控系統［1］。多數常規跟蹤測量雷達采用反射面天線結合伺服轉臺對單個目標實施連續高數率跟蹤，并提供高精度的多維測量數據。

隨著武器裝備新型測控任務不斷出現，實現多目標同時測量逐漸成為靶場能力建設的迫切需求［2-3］。相控陣雷達以快速的波束切換能力，具備對指定空域和多個目標同時進行搜索、確認和跟蹤能力［4-5］。為充分利用時間能量資源，相控陣雷達需要根據目標數量、空域分布情況和關注程度，進行跟蹤資源的自適應編排，從而實現雷達系統資源最大和最優利用［5-7］。在相控陣雷達多目標跟蹤測量過程中，由于存在同時多個波束調度申請，因此需要根據目標的重要程度對多個任務重新進行編排。這將導致實現雷達波束調度時間的精確控制存在較大難度。

本文結合相控陣雷達自適應波束調度中存在的數據率不固定問題，提出了一種基于二次預測的處理的閉環跟蹤方法，較好地解決了跟蹤數據率跳動問題，并獲得了較好效果。

1　信號模型

在跟蹤測量雷達對重點目標的閉環跟蹤過程中，可采用多種濾波器實現對目標參數的連續自動跟蹤。這里以α-β-γ濾波器為例進行說明，閉環跟蹤系統根據目標的特點設定跟蹤濾波器α、β和γ三個參數的大小，以達到最佳匹配目標距離的變化特性，并能保持系統的跟蹤穩定性［8］。

設xm為參數測量值分別為參數及速度和加速度預測值分別為參數及速度和加速度平滑濾波值，Δx為參數誤差，T為跟蹤數據周期，k為跟蹤時刻，則遞推方程如下：

平滑方程：

預測方程：

如果調度數據率不固定，即上式方程中前后幀時間間隔為Tt=T+ΔT，則式（5）變為：

由于ΔT的隨機性，對下一跟蹤時刻的預測值將產生隨即誤差：

因而需要增大跟蹤時開窗范圍，這將增加近距離伴飛目標或虛警點被關聯成跟蹤目標的風險和概率。

2　二次預測處理

雖然前一時刻對下一時刻進行預測時無法得到調度的時間差，但根據實際調度時間可獲得精確的實際時間間隔。因此，可以利用實際調度的時間間隔由前一時刻的信息重新進行預測，即二次預測，消除數據率跳動帶來的預測累積誤差，具體流程如下：

1）由目標點跡帶回的實際調度時間信息，更新前一時刻tk-1對實際調度時刻tk的預測值，并由前一時刻的目標信息重新對實際調度時刻tk進行預測，包括監視濾波器的二次預測和工作濾波器的二次預測。

2）對監視濾波器做完二次預測之后，更新目標的預測加速度、預測方位和俯仰加速度等信息。

3）由監視濾波器的二次預測的加速度等信息確定目標的狀態，進行濾波器狀態轉移。

4）利用工作濾波器的二次預測值及當前實際量測值，進行閉環跟蹤點跡關聯和濾波處理，并對后一時刻進行預測（實際上在后一時刻tk-1閉環跟蹤開始之前當前時刻的預測值會被替換掉）。

5）同樣地，對監視濾波器重復4）步驟。

二次預測的流程框圖如圖1所示。

圖1　二次預測處理框圖

二次預測的方法雖然不會改變波束調度的信息，但通過二次預測可以改善閉環跟蹤點跡關聯時的預測點位置精度，收窄關聯窗的大小，尤其是距離。

3　計算機仿真結果

以某雷達試驗數據為例，給出閉環跟蹤實時處理結果，其中跟蹤數據率為2Hz，理論調度周期是500ms。圖2是實際調度時間間隔和理論調度周期的差別，可見，時間誤差在幾十毫秒至數百毫秒不等，而時間誤差在當前時刻是未知的，做濾波和預測時仍然按照500ms的理論數據率進行處理，必然導致預測值存在較大的波動。圖3給出了常規處理和二次預測處理的距離關聯誤差，由于調度時間誤差起伏較大，導致當前時刻的測量值和前一時刻對當前時刻的預測值之間的差別跳動很大，而使用二次預測處理之后，兩者之間的誤差和波動明顯減小，因此可以將開窗距離門減小，降低了虛警概率，提高雷達對導彈試驗中頭體分離的識別度。

圖2　調度時間誤差

圖3　改進前后效果對比

4　結語

本文提出了一種基于二次預測的閉環跟蹤處理方法，由當前時刻得到的調度時間差再進行一次預測處理，解決了調度時間不固定引起的預測誤差大的問題，提高了真實目標的關聯成功率。實測數據處理結果驗證了本方法的有效性。

［1］王德純.精密跟蹤測量雷達技術［M］.北京:電子工業出版社，2002.

［2］沈榮駿.我國測控系統發展回顧及未來工作建議［J］.飛行器測控學報，2009（3）:1-2.

［3］房鴻瑞.導彈航天測控新技術管窺［J］.遙測遙控，2007（3）:1-8.

［4］張光義.空間探測相控陣雷達［M］.北京:科學出版社，2001.

［5］付林，唐霜天，劉春艷.多功能相控陣雷達系統資源管理與調度技術［J］.雷達與對抗，2009（1）:7-8.

［6］侯澤欣.多功能相控陣雷達資源調度理論與方法［D］.北京:中國艦船研究院，2013.

［7］毛依娜.相控陣雷達在跟蹤模式下的資源管理及任務調度研究［D］.西安:西安電子科技大學，2011.

［8］何友.雷達數據處理及應用［M］.北京:電子工業出版社，2009.

（編輯：王佳藝）

Close-Loop Tracking Method Based on Second-Prediction

Wei Wenbo，Yang Xueya
（China Electronic Science and Technology Group 38 Institute Research Institute，Hefei Anhui230088）

Phased array radar is studied whenmultitasking closed-loop tracking data rate is not fixed beam scheduling problem，in this paper，a closed-loop tracking method based on quadratic prediction processing.The moment before the method based on quadratic prediction filtering results，reducing the close companion flies or false alarm pointswere correlated to the risk of tracking target.

phased array radar；close-loop tracking；second-prediction

TN958.92

A

2095-0748（2016）11-0025-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.11.10

2016-04-22

國家高技術研究發展計劃“863”項目（No.2014AA7052010）

魏文博（1979—），男，陜西寶雞人，博士，高級工程師，研究方向：雷達總體設計及反導預警雷達技術；楊雪亞（1984—），男，安徽阜陽人，博士，高級工程師，研究方向：雷達信號處理和陣列信號處理。