【摘要】：強烈的海雜波干擾以及目標(biāo)起伏嚴重制約了高頻雷達的目標(biāo)檢測與跟蹤性能,針對這一不足,提出一種基于多頻雷達的數(shù)據(jù)融合與跟蹤算法.通過加權(quán)最近鄰關(guān)聯(lián)來融合多頻數(shù)據(jù);通過無味卡爾曼濾波輸出跟蹤結(jié)果.在中國東海舟山海域進行了為期10d的數(shù)據(jù)采集實驗用于驗證系統(tǒng)性能.研究了多頻雷達數(shù)據(jù)特點,給出了合適的距離、速度和方位的融合門限及權(quán)重設(shè)置方法,建立了從檢測到跟蹤整套處理流程,并提出了用于檢驗多頻工作性能的評價指標(biāo).評價指標(biāo)包括目標(biāo)在線時間、航跡分裂數(shù)目、跟蹤區(qū)域和定位誤差.研究結(jié)果表明:通過數(shù)據(jù)融合和跟蹤濾波顯著延長了目標(biāo)在線時間,提高了目標(biāo)檢測概率并減小了定位誤差和跟蹤中出現(xiàn)的航跡分裂數(shù)量,增強了跟蹤穩(wěn)健性.
【圖文】：

加權(quán)融合，最后基于ＵＫＦ處理非線性條件下的跟蹤濾波減小定位誤差．３．１數(shù)據(jù)融合結(jié)果由于檢測中設(shè)置了較高的門限和較小的關(guān)聯(lián)門限，只有３２５條船被１６．８ＭＨｚ和１９．１ＭＨｚ這兩個頻率同時探測到，而ＡＩＳ顯示有６０４條船只在觀測時間進入雷達照射區(qū)．選擇了９條在線時長超過１００ｍｉｎ的船只數(shù)據(jù)來評估融合結(jié)果．朱家尖站在１６．８ＭＨｚ和１９．１ＭＨｚ的單頻檢測關(guān)聯(lián)結(jié)果由藍色和紅色的直方圖表示，而融合結(jié)果由綠色直方圖表示．在線時長如圖２所示（ｎ為船只序號，ｔ為目標(biāo)在線時長），可見船只的在線時長有一定程度上的提高，表明兩個頻率同時工作能夠提高檢測能力和數(shù)據(jù)獲取率．多頻工作可以提高對于船只目標(biāo)的檢測能力．通過多頻融合，融合結(jié)果的定位誤差（如圖３中１，２，４，８號船，ｓ為定位誤差）相比單頻時有所減�。糠执唬ㄈ纾�，５，６號船）定位精度不及精度最高的頻段．這種情況難以杜絕，原因在于目標(biāo)數(shù)據(jù)變化情況較為復(fù)雜，實驗處理時線性加權(quán)權(quán)值為常數(shù)，難以適用于所有目標(biāo)．后續(xù)須要研究自適應(yīng)加權(quán)融合方式．通過多頻融合增加了跟蹤船只的在線時間，但航跡分裂數(shù)目（見圖４，Ｎ為航跡分裂數(shù)）也有一定程度增加．這是由于兩個頻率雖然都各自檢測跟蹤到了同一目標(biāo)，但時間區(qū)間異步且沒有重疊，從而使這些目標(biāo)的子軌跡數(shù)量增加，即航跡分裂數(shù)量增加．航跡分裂數(shù)目增加這一結(jié)果正好說明了多頻的檢測結(jié)果恰好互為補充，單頻漏檢的圖２目標(biāo)在線時長圖３定位誤差情況通過多頻得到了改善，單個頻率的跟蹤盲區(qū)可以由其他頻率來進行補充．圖

圖５最大探測距離３．２跟蹤濾波結(jié)果從圖１中可以看到朱家尖站雷達視場內(nèi)有大量的船只目標(biāo)（實線為ＡＩＳ軌跡）出現(xiàn)．在進行目標(biāo)檢測跟蹤處理之前，首先需要進行射頻干擾抑制［１３］等處理以減少虛警．大型船只在不太長的時間內(nèi)多沿航道勻速運動，運動狀態(tài)變化不大，跟蹤時選擇勻速運動模型即可，更復(fù)雜的機動模型可參見文獻［１４］．對檢測結(jié)果中某一貨船（船號：４１２３７４５５０，長度９１ｍ，寬度１４ｍ）進行多頻數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)及跟蹤處理后結(jié)果如圖６所示．跟蹤算法表現(xiàn)出較高的穩(wěn)健性．相比單頻數(shù)據(jù)，融合后跟蹤濾波的數(shù)據(jù)具有更小的定位誤差．從距離（圖７，ｔ為時間）和角度（圖８，θ為角度）等誤差較大的維度輸出結(jié)果可以看到：對于離散型距離測量方式，經(jīng)過跟蹤濾波變得平滑，角度估計中的方差也減小了，說明了融合與跟蹤濾波的必要性．圖６目標(biāo)跟蹤軌跡本文對多頻雷達目標(biāo)數(shù)據(jù)融合與跟蹤進行了詳細介紹，，建立了從目標(biāo)檢測、參數(shù)估計到數(shù)據(jù)融合與跟蹤的整套處理方案．基于文中提出的性能評價體系對多條船只跟蹤處理結(jié)果進行了分析．圖７跟蹤濾波輸出（距離）與單頻檢測結(jié)果圖８跟蹤濾波輸出（角度）與單頻檢測結(jié)果實測數(shù)據(jù)表明通過多頻融合可以提高目標(biāo)檢測概率，增加目標(biāo)在線時長并減小定位誤差．通過無味卡爾曼濾波可以進一步減小目標(biāo)跟蹤定位誤差，提高跟蹤穩(wěn)健性．參考文獻［１］ＨａｒｌａｎＪ，ＴｅｒｒｉｌｌＥ，ＨａｚａｒｄＬ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｏｃｅａｎｏｂｓｅｒｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒａｄａｒｎｅｔ－ｗｏｒｋ：ｓｔａｔ
【作者單位】： 武漢大學(xué)電子信息學(xué)院;武漢大學(xué)地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項目(41376182,41506201) 海洋公益性行業(yè)科研專項重大資助項目(201205032) 中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目(2015212020204) 湖北省科技支撐計劃資助項目(2014BEC057)
【分類號】：TN957.52

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本文編號：2527008