雷達(dá)技術(shù)論文(2)
雷達(dá)技術(shù)論文
雷達(dá)技術(shù)論文篇二
雷達(dá)跟蹤濾波技術(shù)研究
摘要：本文介紹了雷達(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)中跟蹤濾波算法的基本原理，以在混合坐標(biāo)系下的α-β濾波模型為研究對象，選取了典型的三維目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，驗證了該跟蹤濾波算法的精度滿足雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的跟蹤要求。
關(guān)鍵詞：雷達(dá)數(shù)據(jù)處理 跟蹤濾波 仿真
中圖分類號：TN953 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416(2013)01-0070-03
1 雷達(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)概述
雷達(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)最早可追溯至19世紀(jì)初高斯提出的最小二乘法，其運用最小二乘法開創(chuàng)了用數(shù)學(xué)方法處理觀測和實驗數(shù)據(jù)的科學(xué)領(lǐng)域。之后對這種方法進(jìn)行了不斷的修改和完善，成為了現(xiàn)代濾波理論的基礎(chǔ)。在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中，信號處理的檢測解決的是有無目標(biāo)存在的問題，而數(shù)據(jù)處理則是在目標(biāo)已經(jīng)存在的前提下，給出其參數(shù)估計。
作為雷達(dá)信號處理的后續(xù)處理過程，雷達(dá)數(shù)據(jù)處理將數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)與現(xiàn)代濾波理論有機(jī)結(jié)合用于消除由雜波剩余等造成的虛假檢測，改善雷達(dá)信號處理性能;根據(jù)雷達(dá)的測量值利用參數(shù)估值理論從大量雷達(dá)回波點跡中提取捕獲目標(biāo)點跡，進(jìn)行點跡與點跡關(guān)聯(lián)，進(jìn)行目標(biāo)航跡的建立及管理，確定目標(biāo)的位置、速度、機(jī)動情況等參數(shù);進(jìn)行點跡與航跡關(guān)聯(lián)、跟蹤濾波、航跡維持，形成綜合目標(biāo)態(tài)勢：進(jìn)行目標(biāo)航跡預(yù)測外推，調(diào)度系統(tǒng)資源對多目標(biāo)進(jìn)行跟蹤監(jiān)視，形成連續(xù)的目標(biāo)航跡數(shù)據(jù)，向火控和武器系統(tǒng)輸出高數(shù)據(jù)率目標(biāo)指示信息。
2 跟蹤濾波算法
跟蹤濾波是雷達(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的重要組成部分，其主要功能是根據(jù)目標(biāo)的實際測量信息實時估計目標(biāo)當(dāng)前的位置、速度等參數(shù)，并外推出下一次天線掃描周期目標(biāo)出現(xiàn)的位置信息。該外推信息在跟蹤雷達(dá)中用于檢驗下一拍測量信息的合理性;在搜索雷達(dá)中用于航跡的相關(guān)處理。常見的跟蹤濾波器有α-β濾波器、Kalman濾波器等，根據(jù)不同的計算資源、需處理的目標(biāo)數(shù)量、目標(biāo)的不同動態(tài)特性、雷達(dá)精度要求等條件可選擇不同的跟蹤濾波器。
與Kalman濾波器相比，α-β濾波器的優(yōu)點是算法較簡單、計算工作量較小、容易實現(xiàn)。在本文應(yīng)用中選用α-β濾波器，其對跟蹤目標(biāo)進(jìn)行最佳線性無偏估計，并按航跡質(zhì)量和預(yù)測誤差改變?yōu)V波器的參數(shù)，實現(xiàn)自適應(yīng)濾波。在混合坐標(biāo)系下建立數(shù)學(xué)模型如下：
濾波方程：
其中：k為雷達(dá)的觀測次數(shù)
表示濾波值;
表示外推值;
表示雷達(dá)測量值;
和表示和的一階導(dǎo)數(shù);
和為k時刻濾波器位置和速度的增益;
濾波的外推方程：
、的獲取采用工程上常用的經(jīng)驗公式：
其中，r為信噪比，C為大于零的常數(shù)。
3 典型航跡仿真
根據(jù)跟蹤濾波算法建立的數(shù)學(xué)模型，選取幾種典型的雷達(dá)模擬航跡在Matlab工具中進(jìn)行仿真，進(jìn)一步分析該濾波算法的精度。
選取的典型模擬航跡有：水平勻速直線運動目標(biāo)、水平蛇形機(jī)動目標(biāo)、高度方向上躍起俯沖運動目標(biāo)。將得到的目標(biāo)模擬航跡數(shù)據(jù)，通過直球坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后在距離R、方位角A、俯仰角E上的數(shù)據(jù)中加入測量噪聲作為濾波器的輸入，測量噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差分別為距離40米、方位角0.04弧度、俯仰角0.01弧度。
3.1 水平勻速直線運動目標(biāo)仿真分析
選取水平勻速直線運動目標(biāo)的參數(shù)為：起始位置為(x0，y0，z0)=(60km，60km，8km)，X、Y方向的速度均為500m/s，加速度為0，航路捷徑為0，采樣周期為2s。
水平勻速直線運動目標(biāo)的俯仰角濾波曲線如圖1、距離和方位角濾波曲線如圖2、距離方位角俯仰角的誤差標(biāo)準(zhǔn)差曲線圖3。其中圖3中的藍(lán)色曲線為測量值與真實值之差，紅色曲線為濾波值與真實值之差，從中可以看出，濾波效果明顯，距離誤差峰值、方位角誤差峰值、俯仰角誤差峰值基本減小了一半以上。
3.2 水平蛇形機(jī)動目標(biāo)仿真分析
選取水平蛇形機(jī)動目標(biāo)的參數(shù)為：起始位置為(x0，y0，z0)=(30km，30km，2km)，轉(zhuǎn)彎時角速度為0.1rad/s^2(相當(dāng)于機(jī)動13g)，半徑為3000m，采樣周期為2s。
水平蛇形機(jī)動是水平機(jī)動的一種，一般發(fā)生在近程和低空，而且比水平機(jī)動的機(jī)動性更大。水平蛇形機(jī)動目標(biāo)的俯仰角濾波曲線如圖4、距離和方位角濾波曲線如圖5、距離方位角俯仰角的誤差標(biāo)準(zhǔn)差曲線圖6。從圖6中看出，由于水平蛇形機(jī)動目標(biāo)的機(jī)動更大，距離濾波誤差較大，對方位和俯仰的濾波效果明顯。
3.3 高度方向上躍起俯沖運動目標(biāo)仿真分析
選取高度方向上躍起俯沖運動目標(biāo)的參數(shù)為：初始位置為(x0，y0，z0)=(8km，8km，1km)，利用峰峰高度2000，跨度100的正弦曲線模擬目標(biāo)運動軌跡，最大機(jī)動約為10.5g。
高度方向上躍起俯沖運動目標(biāo)的俯仰角濾波曲線如圖7、距離和方位角濾波曲線如圖8、距離方位角俯仰角的誤差標(biāo)準(zhǔn)差曲線圖9。由于目標(biāo)作高度方向上的躍起俯沖運動，水平不機(jī)動，故在圖7～9中距離和方位的濾波效果接近于水平勻速運動的目標(biāo)。目標(biāo)高度上機(jī)動和目標(biāo)水平面上機(jī)動時，濾波算法對俯仰角濾波的效果都可以達(dá)到令人比較滿意的效果。
3.4 典型目標(biāo)的誤差分析
運用蒙特卡洛方法，對上述典型目標(biāo)各進(jìn)行了50次仿真，將得到的誤差標(biāo)準(zhǔn)差平均值整理得到表1。從中可以看出進(jìn)入穩(wěn)定跟蹤后，濾波得到的距離值的誤差標(biāo)準(zhǔn)差基本在20左右，方位角的誤差標(biāo)準(zhǔn)差基本在0.015左右，俯仰角的誤差標(biāo)準(zhǔn)差基本在0.0035左右。仿真結(jié)果證明，采用上述跟蹤濾波算法的精度在可接受范圍之內(nèi)，滿足數(shù)據(jù)處理的跟蹤要求。
4 結(jié)語
本文介紹了雷達(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)中跟蹤濾波算法的基本原理，在跟蹤濾波算法中選用α-β濾波器建立其在混合坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，用于實現(xiàn)自適應(yīng)濾波;選取了典型的雷達(dá)目標(biāo)模擬航跡在Matlab工具中進(jìn)行仿真分析，驗證了該跟蹤濾波算法的精度在可接受范圍之內(nèi)，滿足雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的跟蹤要求。
參考文獻(xiàn)
[1]李媛媛，薛媛等.基于Matlab的雷達(dá)系統(tǒng)仿真.電子元器件應(yīng)用，2009.9.
[2]毛滔，李盾等.相控陣?yán)走_(dá)數(shù)據(jù)處理仿真研究.航天電子對抗，2004(4).
[3]陳強(qiáng)超，單雷達(dá)航跡濾波與卡爾曼濾波算法.信息化研究，2010.5.
[4]陳明燕，張偉等.相控陣?yán)走_(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的仿真.電視技術(shù)，2008.4.
[5]竇林濤，程健慶等.基于Matlab的雷達(dá)信號處理系統(tǒng)仿真.指揮控制與仿真，2006.4.
看了“雷達(dá)技術(shù)論文”的人還看：
3.機(jī)載相控陣火控雷達(dá)的技術(shù)特征及干擾研究分析論文
4.軍事科技論文