雷达组网中的航迹号管理方法

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1、雷达组网中的航迹号管理方法 唐小明何友 海军工程大学兵器工程系 武汉4 3 0 0 33海军航空工程学院电子工程系 烟台26 4 0 0 1 x i a o m i n 9 1 7 0 1 6 3 n e t 摘要乡目标杂波环境下 乡雷达探测形成的航连之阐呈斑错综复杂的关系 多重达系统融 合中心航连蕾理成了迫切鲁要解决的i 司意 在原有单航连号舟配方法的基础上 提出乡航逢 号舟配方法 并扩展到立体圈航连号蕾理方法 尤其是航连号立体田的引入 为航连蕾星提 供一十新的思路 美t 词雷达组网航连号航连管理 1 引言 现代战场环境日益复杂 空战飞机实施交叉 编队 迂回等各种协同和非协同战术机动 有无源

2、电子对抗带来大量的不确定性 在如此复杂的多目标多杂波环境 多雷达探测形成的 航迹之间呈现错综复杂的关系 融合中心系统航迹的起始 确认 保持 撒消管理成了工程 应用中非常重要的问题 尤其复杂的是局部航迹与系统航迹的对应关系 转换 合并及撤消 航迹管理一般要通过航迹编号来实现 与给定航迹相联系的所有参数都以其航迹号作 为参考 这样做的目的 一方面在单雷达和多雷选融合中心的航迹管理中标记航迹 用作 航迹问相关处理 另一方面可事后统计分析航迹融合效果 另外借助于航迹号的管理可描 述一定的战场杰势 井反馈给航迹内部信息处理 每一局部跟踪系统都有自己的航迹文件管理系统 而融台节点的航迹是基于局部节点的 航

3、迹通过关联与合成产生的 它们的建立 管理和保持方法都与局部节点航迹有着明显的不 同 为了便于对监视区所有航迹有效地不间断操作 在原有单航迹号分配方法的基础上 提 出多航迹号分配方法 并扩展到立体图航迹号管理方法 尤其是航迹号立体圈的引入 为航 迹管理提供一个新的思路 2 单航迹号分配法 考虑一个接近真实的作战环境 如编队执行攻击任务时 一旦进入某一攻击区域 为增强对抗性 一般采用分头执行机动 这样雷达在跟踪编队时 在目标航迹的同一波门 将出现多个点迹 一般的处理措旌是采用多假设方法I I 即根据波门中的点迹数据将航迹 分叉为两条或多条航迹 并将原来积累的航迹信息作为分叉后航迹的共有信息 并按各

4、自 的互联点迹递推几个时间步 如果两航迹仍能维持 分出的两航迹都为真实航迹 若是因 为虚警 则其中一条航迹终止 这里 在分叉处理过程标识航迹的前后连续关系的只有通 过航迹号的变化 那么应怎么分配航迹号才能标识航迹的这种变化特性呢 考虑航迹分叉方法如下 一5 4 一 jll ll F 6 8 号航迹 a 号衄s s 号躺多 6 三 围I 单航迹号分配法描述航迹分叉 X 膏达分批采样越界 航迹号变化边界 经历几十采样点的时段 方法1 按图l 方式分配虽然原航迹6 自身信息仍保留在新航迹7 和8 中 但航迹 7 8 与6 的联系在更高层次上已随航迹号的更新而丢失 对融合中心来说7 8 航迹类似 于重

5、新起始航迹 历史信息损失最大 对单雷达本身来说也没有记录这种延续关系 方法2 按图1 b 方式分配 原航迹信息保留在6 或7 中 在融合中心对航迹6 保持 了原有的连续性 但出现两种情况 如果新航迹6 恰好是原航迹6 的真实延续删不存在 信息损失 如果新航迹6 是虚假的航迹 并且报快就终止 剐历史信息损失同方法1 这 里我们可以将7 视为暂态航迹 有别于航迹起始时的暂时航迹概念 经过几个时问步之后 看它是否存在来决定是否保留 如果7 保留而6 终止 则将航迹号7 改为6 从而保留了 这种延续关系 如果6 和7 都保留 则把编号7 正式分给起始的这条航迹 方法3 按图1 c 方式分配 一个航迹号

6、用于两条航迹 违背了一般性原则 航逊号 标识应该是唯一的 但优点是其中一条的延续关系保留了 这种方法在某些允许航迹号可 重复的场合运用 我们来深入考虑方法2 暂态航迹号如何赋值队及如何保留一段时间是一比较棘手的 问题 航迹本身是否知道航迹处于这种状态 采用此方法无法从航迹号上标识出 因此我们建议在易发生交接 分叉的航迹区 比如某些特定的航迹簇内 让每条航 迹保留两个航迹号 一个作为先航迹号 一个作为后航迹号 先航迹号表示未发生交叉 合并 分叉之前分配的航迹号 后航迹号表示发生这些情况之后分配的航迹号 这样就保 留了这种延续的变换关系 为处理提供更大的灵活性 由于航迹号采用无符号整形变量 因此在

7、实现中带来的计算和存贮上的负担完全可咀接受 3 双航迹号分配法 双航迹号分配方法提供一系列的分配机制 这里为描述问题的方便用正数x 表示先航 迹号 用正数Y 表示后航迹号 一般情况下 航迹孤立维持阶段 x y 航迹起始阶段 y O 约束时间为 蚰 一5 5 航迹撤消阶段 x 0 约束时间为q 航迹变换阶段 交叉 合并 分叉过程中 x y 约束时间为 壹 从航迹合并 航迹分叉到其中一条航迹撤消过程描述如图2 所示 O 月 图2 双航迹号描述法的典型过程 6 一 处于起始阶段的航迹 1 7 y 卸 经过一定时间进入维持阶段 x y 7 并与另一条处于 维持阶段的航迹 x y 6 合并 合并期间的航

8、迹号为 I 6 y 7 这里航迹号6 和7 的先后 意义不明确 若合并后航迹存在时间大于7 t 划航迹号为 x y 6 或者 x y 7 若在7 壹时 间内分叉并分别存在时间pT 壹 则航迹号又恢复至航迹 I 了 6 与航迹 x y 7 交叉前 与交叉后航迹号的对应关系可运用一些规则和经验来确定 比如 一般航迹不存在 V 形拐弯 此时若航迹 x y 进入撤消阶段则航迹号变成 x 0 y 6 从航迹起始 航迹维持 航迹分叉 航迹合并情况描述如图3 所示 媳o 扫马 图3 航迹起始 维持 分叉 合并全过程航迹号分配 4 双航迹号的描述图与特性 按双航迹号分配法 一条航迹的航迹号为x y 两个正数值

9、 如果将它放在x Y 平面 内来考虑的话 它对应的就是平面内的一个点 坐标为正数 那么空间密集目标对应的多 航迹环境 航迹号的分布就形成一个区域 区域的大小受系统跟踪目标的最大值 最大可 分配的航迹号 比如极限为1 2 0 批目标时 航迹号就是从1 到1 2 0 最大值为1 2 0 限制 区域内的点分布按图4 有如下特征 孤立维持阶段的航迹其航迹号都分布在x y 直线上 如t 起始阶段的航迹其航迹号分 1 布在x 轴 y 0 上 如t 2 撤消阶段的航迹分布在Y 轴 x 却 上 如t 变换阶段 交叉 合并 分叉过程 的航迹都分布在第一象限的两块不包括边界的区域 和B 如t 航迹的通常变化 过程

10、为 首先航迹起始时在x 轴上有起始点 k 0 接着航迹进入维持阶段 点出现在x k 与 一5 6 一 i l 一 一 一 j1 盏始阶段航迹号 图4 航迹号平面图 段航遗号 X 围5 航迹号囝描述典型航迹变换过程 x y 线段的交点 k k 如果出现分叉 则分叉后的两个点 k 1 1 k 1 出现在x k 线段上 若 航迹 k l 撤消 则它将出现在y 轴上的点 0 l 航迹 k 1 转入稳定维持阶段则回到 k k 状态整个变化过程描述如图5 所示 5 双航迹号的立体描述图 5 1 立体图描述 此之前研究的都是航迹号的瞬态分布特性 若考虑每一阶段的存在时间 我们就需 要引入时间轴 从而构成航迹

11、号立体结构 其容纳的信息将更为丰富 因为雷达以一定的采样间隔录取数据 因此航迹号的存在时间也同航迹号本身一样是 离散的 其立体图如图6 一 所示 我们来分析各个平面的含义 x Y 平面的含义已经在前面分析过 x y 平面如图6 b 所示 其内部的点都是处于跟踪维持阶段的航迹 维持的时间长短就 是通常意义的航迹寿命 航迹寿命是反映跟踪特性的一个重要因素 因此可在此平面内统计 一次仿真中航迹寿命超过某值的航迹条敷 来评估跟踪效果 而且此平面内点所对应的航迹 的状态估计可靠性最高 目标识别能力最好 另外处于航迹维持阶段的航迹是递交给上一级 融合节点的主要数据对象 因此此平面内的点对上一级融合节点来说

12、具有直接意义 x T 平面如图6 c 所示 一次仿真的全过程中反映了航迹起始的敷量和航迹起始所需要的 采样点 这与航迹起始所采用的方法有关 比如采用滑窗法的N M 准则时 同一I 坐标位置 记录的点数k 和航迹号的数量就反映此种方法对环境的适应性 这种适应性度量用来指导选择 航迹起始方法 它受两方面约束 是快速起始航迹的能力和产生假航迹之间的一个折衷 而通 过对X T 平面上点的统计 将给出一个比较好的依据 这里航迹起始的约束时问为吒蜘有 k T c 始 Y T 平面如图6 d 所示 记录的是航迹撒消过程 作为航迹起始的逆过程 对其上的 一5 7 一 一 r l 一 撤精阶段航迹号 k k 圈

13、 a 图 c 图6 立体围 圈 b 图 d 点的统计同样有评估意义 约束时间为z 蒲表示撤消时间超过z 的航迹其信息认为已 经无保留价值 可予以撤消 对正处于撇消阶段的航迹 其航迹号的保留还是报有意义的 它可回朔去调整与之相关航迹号的分配 介于四个平面之间的区域是最为复杂的 其问点的意义要参考四个平面上的位置来考 虑 比如 3 6 3 描述为 航迹3 分叉出航迹6 已持续3 T 点的位置描述了航迹变换的先 后因果关系虬及暂时状态 提供了一种在杂波中的多目标跟踪处理时的航迹号描述方法 对 多假设滤波 联合概率互联J P D A 等多目标跟踪算法的实现提供方便 另一方面由于它反映 的是整个态势上的

14、航迹的动态组合变换特性 因此在结合航迹其它特性如空问位置 属性的 基础上粗略地估计目标的联合协同作战特性 5 2 航迹号立体图初始化 用航迹号立体图描述和实现对航迹号管理时 需要如下初始化 1 最多容纳的航迹数X m a x 箸y 2 航迹起始时间常数7 起始 3 航迹撤消时间常数r 4 变换规则初始化 主要对非参考面的点 a 点 航迹 从x y 直线到变换区域的敷据互联规则 包括点迹与航迹 航迹与航迹互 联等规则 一5 8 一 T 一 眵缆 一y擎斗等世 h I l r l l 七 始 一 始魃 一 已处 1 上 仉仉 悭 二二 b 点 航迹 从变换区域回到x y 直线的数据互联规则 主要是

15、指航迹与航迹互联 5 3 航迹号立体图应用前景和建议 航迹号立体图可以满足航迹管理迫切需要 具有广阔的应用前景 1 1 航迹号立体图可评估航迹起始 撤消和跟踪维持阶段所采用方法的性能 2 立体图的分维处理可做单项指标自适应控制航迹处理的某一参数 3 立体圈结合空间位置可分析出目标的攻击属性 可指导属性识别 了解其战术企图以 及威胁等级 也可反馈给状态估计用来模型预测 但是 立体图描述还不够成熟 还需进一步完善 以下问题有特进一步深入 1 立体圈的模型解析式化 立体图不仅仅是用来说明问题的示意图 而是一种针对现实 问题的数据管理模型 应完善其解析式描述 2 1 采用何种数据结构来实现立体圈最为简

16、捷 实用 3 立体图与航迹管理算法的结合 4 立体图与态势描述的结合 6 多雷达融合中心的航迹图扩展及航迹管理 人们发现 目标加速度过程的统计特性与目标的攻击形式关系很大 如果知道一定的 攻击形式 目标加速度也就具备一定的先验信息 鄢么在构建滤波模型时更有针对性 多目 标的机动与相关性主要指航迹的变换关系 为描述航迹的这种变换关系 原来在融合中心的 航迹号管理己不适应这种要求 例如 关联映射方法难以建立起系统航迹和雷达递交航迹之 间的显式关系 因此我们将航迹号立体图扩展一维 并在融合中心运用 如果雷达A 递交航迹 6 6 1 0 雷达B 递交航迹 7 7 1 3 这两条航迹来源不同的分 配体系 航迹号的分配是相互独立的 在融合中心对这两条航迹进行融合判捷 如果判决为 同一条航迹则在保留原来航迹号的同时 赋予新的属于融台中心体系的航迹号 这样就存在 三个航迹号标识一条航迹 因此立体图将扩展一维 如 6 7 4 8 这里6 7 为原航迹号 4 为中心赋予的航迹号 8 为融合后判断为同一航迹后持续的时间步 我们为融合中心的航迹管理设计了航迹管理类 C T c a c k I D a n a