本發(fā)明涉及臨近空間高超聲速目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域，用于解決隱身和高超聲速雙重影響下的目標(biāo)跟蹤問(wèn)題。

背景技術(shù)：

與傳統(tǒng)的飛機(jī)目標(biāo)不同，臨近空間飛行器具有隱身+高超聲速的復(fù)合特性，對(duì)現(xiàn)有雷達(dá)預(yù)警防御系統(tǒng)具有嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。一方面，臨近空間飛行器的速度通常在ma5以上，飛行器可在極短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)雷達(dá)預(yù)警探測(cè)區(qū)域，這時(shí)，雷達(dá)即使能夠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，也沒(méi)有足夠的時(shí)間做出反應(yīng)；另一方面，在目標(biāo)高超聲速飛行的過(guò)程中，飛行器周圍會(huì)產(chǎn)生大量的等離子體激波，這些等離子體激波通過(guò)吸收、散射雷達(dá)電磁波，使臨近空間飛行器在高超聲速飛行的同時(shí)還兼具一定的隱身特性，進(jìn)而嚴(yán)重影響現(xiàn)有雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的搜索跟蹤能力。為此，如何解決隱身+高超聲速雙重影響下的目標(biāo)跟蹤難題是當(dāng)前急需解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

檢測(cè)前跟蹤(trackbeforedetect,tbd)技術(shù)是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)隱身目標(biāo)跟蹤的一種有效途徑。但是，該方法在具體實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，卻需要長(zhǎng)時(shí)間的非相參積累。在對(duì)臨近空間目標(biāo)跟蹤的整個(gè)過(guò)程中，如果全都使用tbd量測(cè)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤處理，不僅計(jì)算量大，而且會(huì)產(chǎn)生一定的時(shí)間延遲偏差。對(duì)于目標(biāo)速度較小的情況，這一偏差可以忽略不計(jì)，但在目標(biāo)高超聲速運(yùn)動(dòng)的情況下，卻會(huì)對(duì)目標(biāo)跟蹤產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。例如，在目標(biāo)速度為5000m/s，雷達(dá)掃描周期為2s，tbd處理周期為5的條件下，每個(gè)跟蹤測(cè)量周期將會(huì)產(chǎn)生50km的時(shí)間滯后問(wèn)題。為此，如何構(gòu)建一種既能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤處理，又能兼顧檢測(cè)概率的目標(biāo)跟蹤方法是當(dāng)前隱身高超聲速目標(biāo)跟蹤中需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

針對(duì)這一情況，本發(fā)明在充分考慮目標(biāo)能量積累和跟蹤實(shí)時(shí)性的基礎(chǔ)上，提出一種先對(duì)目標(biāo)軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)，再對(duì)目標(biāo)量測(cè)進(jìn)行最大遞推能量選取的目標(biāo)跟蹤方法，以有效解決隱身和高超聲速雙重影響下的目標(biāo)跟蹤難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于突破傳統(tǒng)tbd算法的限制，解決隱身+高超聲速雙重影響下的目標(biāo)跟蹤難題，提升現(xiàn)有雷達(dá)跟蹤?quán)徑臻g目標(biāo)的能力，提出一種基于最大遞推能量跟蹤的鄰近空間目標(biāo)跟蹤新方法。其中要解決的問(wèn)題包括：

1)傳統(tǒng)的tbd算法適用于隱身目標(biāo)跟蹤，但在目標(biāo)高速運(yùn)動(dòng)的條件下，卻存在跟蹤實(shí)時(shí)性差、具有大時(shí)延偏差的問(wèn)題。

2)現(xiàn)有的先檢測(cè)后跟蹤方法實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，不存在目標(biāo)高速運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的時(shí)延偏差問(wèn)題，但卻建立在性噪比較高的假設(shè)下，而對(duì)目標(biāo)隱身的情況卻并沒(méi)有加以充分考慮。

3)在隱身和高超聲速雙重影響的條件下，現(xiàn)有的tbd算法和先檢測(cè)后跟蹤方法都不再適用，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)鄰近空間目標(biāo)的有效跟蹤。

本發(fā)明所述的基于最大遞推能量跟蹤的鄰近空間目標(biāo)跟蹤新方法，其特征在于包括以下技術(shù)措施：

步驟一、對(duì)tbd算法進(jìn)行改進(jìn)，利用遞推航跡替代傳統(tǒng)的點(diǎn)數(shù)積累，這時(shí)點(diǎn)數(shù)積累將不再是由多個(gè)時(shí)刻的批處理量測(cè)組成，而是由1個(gè)時(shí)刻的量測(cè)和m-1個(gè)時(shí)刻的已有航跡點(diǎn)組成，這樣算法不僅具備了實(shí)時(shí)性，可有效剔除目標(biāo)高速運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的時(shí)延偏差，而且進(jìn)一步回避了數(shù)據(jù)空間到參數(shù)空間的冗余轉(zhuǎn)換；

步驟二、對(duì)tbd算法做進(jìn)一步改進(jìn)，利用遞推能量替代傳統(tǒng)的能量積累，這時(shí)能量積累由m-1個(gè)時(shí)刻的航跡點(diǎn)能量和當(dāng)前時(shí)刻目標(biāo)區(qū)域內(nèi)最大的量測(cè)點(diǎn)能量組成，這樣在對(duì)目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤的同時(shí)，還可使量測(cè)具有較高的檢測(cè)概率，進(jìn)而解決目標(biāo)隱身所帶來(lái)的跟蹤難題；

步驟三、在遞推航跡和遞推能量更新的同時(shí)，構(gòu)建最大遞推能量判決機(jī)制，選擇最佳的跟蹤方式對(duì)目標(biāo)進(jìn)行遞推跟蹤處理；

步驟四、目標(biāo)跟蹤濾波。

對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的基于最大遞推能量跟蹤的鄰近空間目標(biāo)跟蹤新方法，有益效果在于：

1)本發(fā)明是對(duì)現(xiàn)有tbd方法的一種改進(jìn)，在維持其高檢測(cè)概率的同時(shí)，還能兼顧先檢測(cè)后跟蹤方法的實(shí)時(shí)性特征；

2)與現(xiàn)有的tbd方法相比，本發(fā)明實(shí)時(shí)性強(qiáng)，運(yùn)算速度快，且可有效消除目標(biāo)高速運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的時(shí)延偏差問(wèn)題；

3)與現(xiàn)有的先檢測(cè)后跟蹤方法相比，本發(fā)明在對(duì)目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤的同時(shí)，還可有效解決低信噪比條件下的跟蹤難題；

4)本發(fā)明可有效實(shí)現(xiàn)鄰近空間隱身高超聲速目標(biāo)的可靠跟蹤，且具有較高的跟蹤精度。

附圖說(shuō)明

附圖1是基于最大遞推能量跟蹤的鄰近空間目標(biāo)跟蹤方法步驟流程圖；

附圖2是最大遞推能量跟蹤的點(diǎn)跡積累圖；

附圖3是最大遞推能量跟蹤的能量積累圖；

附圖4是隱身+高超聲速雙重影響下的目標(biāo)跟蹤模型圖。

具體實(shí)施方式

針對(duì)隱身和高超聲速雙重影響下的臨近空間目標(biāo)跟蹤難題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于最大遞推能量跟蹤的臨近空間目標(biāo)跟蹤新方法。首先，在點(diǎn)數(shù)積累上對(duì)tbd算法進(jìn)行改進(jìn)，利用遞推航跡替代傳統(tǒng)的點(diǎn)數(shù)積累，這時(shí)點(diǎn)數(shù)積累將不再是由多個(gè)時(shí)刻的批處理量測(cè)組成，而是由1個(gè)時(shí)刻的量測(cè)和m-1個(gè)時(shí)刻的已有航跡點(diǎn)組成，這樣算法不僅具備了實(shí)時(shí)性，且可有效解決目標(biāo)高超聲速運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的時(shí)延偏差問(wèn)題；接著，在能量積累上對(duì)tbd算法做進(jìn)一步改進(jìn)，利用遞推能量替代傳統(tǒng)的能量積累，這樣算法在對(duì)目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤的同時(shí)，還可有效克服目標(biāo)隱身所帶來(lái)的檢測(cè)難題；最后，將遞推航跡和遞推能量有機(jī)結(jié)合，通過(guò)最大遞推能量判決機(jī)制的合理判決，以最終實(shí)現(xiàn)對(duì)隱身高超聲速目標(biāo)的有效跟蹤。

以下結(jié)合說(shuō)明書附圖1對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參照說(shuō)明書附圖1，本發(fā)明的處理流程分以下步驟：

1)利用遞推航跡替代傳統(tǒng)的點(diǎn)數(shù)積累

對(duì)tbd算法進(jìn)行改進(jìn)，利用遞推航跡替代傳統(tǒng)的點(diǎn)數(shù)積累，這時(shí)點(diǎn)數(shù)積累將不再是由多個(gè)時(shí)刻的批處理量測(cè)組成，而是由1個(gè)時(shí)刻的量測(cè)和m-1個(gè)時(shí)刻的已有航跡點(diǎn)組成，這樣算法不僅具備了實(shí)時(shí)性，可有效剔除目標(biāo)高速運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的時(shí)延偏差，而且進(jìn)一步回避了數(shù)據(jù)空間到參數(shù)空間的冗余轉(zhuǎn)換，其具體如附圖2所示；

①遞推航跡構(gòu)建

假設(shè)k時(shí)刻目標(biāo)的狀態(tài)向量為

x(k)＝[x(k),vx(k),y(k),vy(k)]^t(1)

挑選其位置狀態(tài)

y(k)＝[x(k),y(k)]^t(2)

則在目標(biāo)跟蹤的過(guò)程中，可構(gòu)建長(zhǎng)度為m的遞推航跡

ym(k)＝{y(k-m+1),...,y(k-1),y(k)}(3)

其中，y(i)為目標(biāo)的已有航跡，且i＝k-m+1,...,k-1,k。

②遞推航跡更新

在對(duì)遞推航跡ym(k)構(gòu)建的基礎(chǔ)上，利用m-1個(gè)時(shí)刻的已有航跡對(duì)k+1時(shí)刻的目標(biāo)位置進(jìn)行預(yù)測(cè)，

其中

進(jìn)而，目標(biāo)可能出現(xiàn)的區(qū)域?yàn)?/p>

zξ(k+1|k)＝[xξ(k+1|k),yξ(k+1|k)]^t(6)

其中

這時(shí)，在確定目標(biāo)區(qū)域zξ(k+1|k)的條件下，按照步驟2)所述的方法，選擇區(qū)域內(nèi)能量最大的量測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新處理，進(jìn)而遞推航跡可更新為

ym(k+1)＝{y(k-m+2),...,y(k-1),y(k),z(k+1)}(8)

其中，y(j)為m-1個(gè)時(shí)刻的目標(biāo)已有航跡，且j＝k-m+2,...,k-1,k。z(k+1)為按照步驟2)所選出的目標(biāo)量測(cè)，并在跟蹤結(jié)束后更新為航跡點(diǎn)y(k+1)。

2)利用遞推能量替代傳統(tǒng)的能量積累

對(duì)tbd算法做進(jìn)一步改進(jìn)，利用遞推能量替代傳統(tǒng)的能量積累，這時(shí)能量積累由m-1個(gè)時(shí)刻的航跡點(diǎn)能量和當(dāng)前時(shí)刻目標(biāo)區(qū)域內(nèi)最大的量測(cè)點(diǎn)能量組成，這樣在目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤的同時(shí)，還可使量測(cè)具有較高的檢測(cè)概率，進(jìn)而解決目標(biāo)隱身所帶來(lái)的跟蹤難題，其具體如附圖3所示；

①遞推能量構(gòu)建

在遞推航跡構(gòu)建的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)建與之相匹配的遞推能量

其中

a(i)＝ptg²ελ²/(4π)³r(i)⁴(10)

為單個(gè)航跡點(diǎn)的能量大小，且i＝k-m+1,...,k-1,k，pt為雷達(dá)發(fā)射功率，λ表示雷達(dá)發(fā)射電磁波的波長(zhǎng)，g為天線增益，ε為目標(biāo)rcs，r(i)為時(shí)刻i目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)的距離。

②遞推能量更新

為使目標(biāo)量測(cè)能夠具有較高的檢測(cè)概率，在步驟1所確定的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)選擇能量最大的量測(cè)點(diǎn)進(jìn)行遞推更新處理。

a(k+1)＝a(k)+b(k+1)-a(k-m+1)(11)

其中

b(k+1)＝max{b1(k+1),b2(k+1),...,bn(k+1)}(12)

為k+1時(shí)刻所選出的最大更新能量，且在跟蹤結(jié)束后更新為航跡點(diǎn)能量a(k+1)，其所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)量測(cè)為z(k+1)，z(k+1)就是選出的用于目標(biāo)跟蹤的最大遞推能量量測(cè)。bj(k+1)為跟蹤區(qū)域內(nèi)第j(j＝1,2,...n)個(gè)量測(cè)點(diǎn)的能量大小，n為跟蹤區(qū)域內(nèi)的量測(cè)個(gè)數(shù)。

3)最大遞推能量判決

在遞推航跡和遞推能量更新的同時(shí)，構(gòu)建最大遞推能量判決機(jī)制，選擇最佳的跟蹤方式對(duì)目標(biāo)進(jìn)行遞推跟蹤處理，其具體如附圖4所示。

為有效獲得隱身+高超聲速雙重影響下的目標(biāo)跟蹤模型，則最大遞推能量判決機(jī)制可用如下的假設(shè)檢驗(yàn)做進(jìn)一步的描述：

h0：當(dāng)遞推能量a(k+1)>λ，則判定當(dāng)前跟蹤可信度較高，按照步驟2)所述的方法，選擇能量最大的點(diǎn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤處理；

h1：當(dāng)遞推能量a(k+1)≤λ，則判定當(dāng)前跟蹤可信度較低，需采用tbd方法對(duì)目標(biāo)航跡進(jìn)行重新起始。

其中，門限的取值與m個(gè)時(shí)刻的噪聲功率和有關(guān)，服從自由度為2m的卡方分布判決，α是其顯著性水平。

4)目標(biāo)跟蹤濾波

在假設(shè)h0成立的條件下，將步驟1)所述遞推航跡和步驟2)所述遞推能量代入現(xiàn)有的濾波跟蹤算法即可有效實(shí)現(xiàn)隱身+高超聲速雙重影響下的目標(biāo)跟蹤。