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1、雷达目的跟踪算法探究摘要：雷达作为高速运动平台重要载荷之一，其应用背景具有一定的特殊性。针对高速运动平台下的雷达机动目的跟踪问题，本文在建立目的跟踪信号模型的基础上，推导了适用于高速运动平台载荷雷达的自适应目的跟踪算法，并在算法实现原理框图的基础上提出了算法有效性检验的MonteCarlo仿真流程。仿真结果表明，与传统的自适应目的跟踪算法相比，本文算法具有更高的机动目的跟踪性能。关键词：雷达目的；目的跟踪；测量精度；MonteCarlo仿真1.引言与一般的地基或海基雷达相比，卫星或导弹等高速运动平台载荷雷达受安装空间、重量或孔径所限，同时考虑到目的电磁特性日趋复杂、高速运动平台本身由于气流或外
2、界干扰引入的姿态变化、多目的搜索与跟踪、多模复合制导及抗干扰需求不断增加等因素，载荷雷达对高机动目的稳定跟踪的性能要求与雷达数据处理资源之间的瓶颈问题长期存在。因而，高速运动平台载荷雷达对机动目的施行实时跟踪时，采用的目的跟踪算法应折中考虑算法精度与工程易实现性，以避免因算法运算时间过长造成跟踪滞后而直接影响到目的跟踪精度，甚至丢失目的。在对雷达目的航迹数据进行处理时，目的跟踪算法运算时间约为Kalman滤波及复杂度近似的各类自适应Kalman滤波算法的1/4，且其跟踪精度具有工程实用性1。当利用相控阵雷达跟踪空中直线飞行或变航向直线飞行目的时，目的跟踪算法与最小二乘估计算法、卡尔曼滤波算法相
3、比具有更好的跟踪效果2。在机动目的跟踪方面，基于常速度与常加速度模型，采用常系数变采样率目的跟踪算法能够减小雷达与目的间径向距离跟踪均方根误差3。文献4表明，根据雷达测量误差方差与预测误差方差实现算法参数迭代更新的自适应目的跟踪算法精度优于常系数目的跟踪算法。在高速运动平台下，载荷雷达可采用自适应目的跟踪算法对雷达与机动目的间径向距离进行实时估计56。然而，考虑到高速运动平台与雷达机动目的相对运动状态中通常包含的加速度项7，自适应目的跟踪模型将加速度项视为噪声项进行处理无疑会降低跟踪参数估计精度，同时现有文献也缺乏在高速运动平台应用背景下对径向距离、俯仰角及方位角等雷达目的参数同时进行跟踪滤波
4、时的算法综合分析。针对上述高速运动平台下的雷达机动目的跟踪问题，本文首先建立了高速运动平台载荷雷达与机动目的间径向距离、俯仰角及方位角等目的跟踪参数信号模型，进而基于测量噪声与经过噪声的统计特性推导了具有自适应性的目的跟踪算法，并在算法实现原理框图的基础上提出了适用于雷达目的跟踪算法有效性检验的MonteCarlo仿真流程，最终采用MonteCarlo仿真方法对本文算法与自适应目的跟踪算法进行了性能比拟。2.信号模型高速运动平台下雷达目的跟踪空间模型，XYZ表示高速运动平台本地坐标系，坐标原点O位于高速运动平台质心，目的T在本地坐标系中所处位置可表示为zyx),，高速运动平台瞬时运动方向取为X
5、轴正向。3.自适应目的跟踪算法为了实现雷达机动目的自适应跟踪，滤波增益系数更新应与信号模型经过噪声及目的跟踪参数测量噪声有关9。此外，目的跟踪参数向量状态初值会影响目的跟踪算法的收敛速度，本文采用目的跟踪参数向量测量值对其进行初始化。在以上基础上，为了便于算法实际应用时的板级实现，进一步推导了雷达目的自适应跟踪算法的矢量矩阵形式，进而给出了算法实现原理框图。4.MonteCarlo仿真流程由于目的散射特性、空间电磁环境及接收机热噪声等因素的影响，高速运动平台载荷雷达测量的径向距离、俯仰角及方位角等目的跟踪参数具备统计特征。考虑到目的跟踪算法性能评估参量具有的统计意义，因此算法性能验证应采用统计
6、量的方式进行。由于算法实际仿真时随机噪声实现序列长度有限，本文采用MonteCarlo仿真方法对目的跟踪算法进行性能评估。在仿真经过中，基于单次仿真时间序列得到的估计量视为随机变量，由各次仿真时间序列得到的同一估计量互相间独立同分布。为了保证算法性能评估统计量对其真值估计的准确性，仿真次数M应增加至估计值收敛为止11。5.仿真分析考虑到上述高速运动平台雷达与机动目的相对运动轨迹的特点，在本文提出的目的跟踪算法有效性仿真验证中，采用地理坐标系ONED且以高速运动平台质心为坐标原点。由于实际应用中通常会对高速运动平台运动速度进行补偿，即高速运动平台载荷雷达可视为静止状态，速度补偿误差计入目的跟踪参数测量噪声，那么在算法性能仿真中不妨将机动目的与高速运动平台载荷雷达之间相对运动与轨迹修正假设为目的以抛物线运动轨迹接近坐标原点即高速运动平台质心，并将目的与高速运动平台载荷雷达之间相对运动轨迹简称为目的运动轨迹。6.结论本文给出了一种适用于高速运动平台载荷雷达的自适应目的跟踪算法，并基于统计分析方法提出了目的跟踪算法有效性检验的MonteCarlo仿真流程。仿真结果表明，本文算法与自适应目的跟踪算法相比具有更高的机动目的跟踪性能。由于算法运算复杂度不高，可为当前的高速运动平台载荷雷达实时计算能力所接受，因此该算法具有工程实现意义。