一種用于多目標(biāo)無(wú)源定位與跟蹤的虛假點(diǎn)去除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)載航電綜合領(lǐng)域，屬于多平臺(tái)傳感器信息融合協(xié)同探測(cè)技術(shù)，主要 提出了利用多重門(mén)限以及航跡關(guān)聯(lián)相結(jié)合的方式進(jìn)行多目標(biāo)無(wú)源定位與跟蹤，適用于多機(jī) 或多平臺(tái)協(xié)同多目標(biāo)無(wú)源定位與跟蹤過(guò)程中虛假點(diǎn)的去除。
【背景技術(shù)】
[0002] 使用雷達(dá)、激光、聲納等有源設(shè)備對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位的方法，稱(chēng)為有源定位，它具有 全天候、高精度等優(yōu)點(diǎn)。但有源定位系統(tǒng)靠的是發(fā)射大功率信號(hào)，這樣很容易暴露自己，從 而遭受到對(duì)方電子干擾的軟殺傷和反輻射導(dǎo)彈(ARM)等硬殺傷武器的攻擊，使定位精度受 到很大影響，甚至影響到系統(tǒng)自身的安全。利用目標(biāo)有意和無(wú)意的輻射來(lái)進(jìn)行定位的方式 稱(chēng)為輻射源無(wú)源定位。它通過(guò)對(duì)目標(biāo)輻射源信號(hào)的截獲、測(cè)量獲得目標(biāo)的位置和航跡。這種 定位方法具有作用距離遠(yuǎn)，隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 隨著航空技術(shù)和軍用電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子戰(zhàn)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的地位和作用不 斷提高。從近年來(lái)發(fā)生的多次高科技局部戰(zhàn)爭(zhēng)可以看出：圍繞雷達(dá)的電子干擾/抗干擾、反 輻射導(dǎo)彈的應(yīng)用、低空突防技術(shù)的發(fā)展、隱身技術(shù)，這四大威脅給雷達(dá)主動(dòng)探測(cè)定位帶來(lái)了 一系列的新的挑戰(zhàn)。在越來(lái)越強(qiáng)調(diào)隱蔽攻擊和硬殺傷的發(fā)展趨勢(shì)下，采用被動(dòng)方式工作的 無(wú)源定位方法，越來(lái)越受到重視。因此，無(wú)源定位逐漸成為機(jī)載對(duì)地/對(duì)空/對(duì)海攻擊、現(xiàn)代 一體化防空系統(tǒng)以及對(duì)付隱身目標(biāo)的預(yù)警系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)于提高武器系統(tǒng)在電子 戰(zhàn)環(huán)境下的生存能力和作戰(zhàn)能力具有十分重要的作用。
[0004] 在多站無(wú)源定位與跟蹤系統(tǒng)中，由于距離信息的缺失，在多目標(biāo)的情況下，就會(huì)產(chǎn) 生如何有效地消除虛假目標(biāo)的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題是這樣產(chǎn)生的：下面以?xún)蓚€(gè)平臺(tái)為例進(jìn)行說(shuō) 明，假設(shè)在某一時(shí)刻存在著兩個(gè)目標(biāo)，平臺(tái)A獲得兩個(gè)觀測(cè)值分別是A1和A2,平臺(tái)B獲得兩個(gè) 觀測(cè)值分別是B1和B2,定位過(guò)程需要聯(lián)合平臺(tái)A和平臺(tái)B的量測(cè)才能計(jì)算出目標(biāo)的位置，由 觀測(cè)量所計(jì)算出的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)為：（A1，B1)，(A1，B2)，(A2，B1)，(A2，B2)。
[0005] 由此可知，解算得到的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)，即存在虛假目標(biāo)點(diǎn)的 情況。同時(shí)，虛假點(diǎn)的數(shù)目還會(huì)隨著目標(biāo)數(shù)與平臺(tái)數(shù)的增多而增多。這種情況如果得不到有 效消除，會(huì)在無(wú)源定位與跟蹤解算的過(guò)程中生成大量虛假航跡。因此，必須尋求一種有效的 方法，使之能夠解決多目標(biāo)情況下多平臺(tái)無(wú)源定位與跟蹤時(shí)的虛假目標(biāo)點(diǎn)去除問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于多目標(biāo)無(wú)源定位與跟蹤的虛假點(diǎn)去除方法，能夠 有效去除多目標(biāo)無(wú)源定位與跟蹤解算過(guò)程時(shí)產(chǎn)生的虛假點(diǎn)的方法，進(jìn)而避免生成大量的虛 假航跡。
[0007] 本發(fā)明的發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0008] -種用于多目標(biāo)無(wú)源定位與跟蹤的虛假點(diǎn)去除方法，包含以下步驟：
[0009] 步驟一、利用測(cè)向交叉定位原理對(duì)二個(gè)平臺(tái)獲取的點(diǎn)跡進(jìn)行計(jì)算，求出所有可能 目標(biāo)點(diǎn)跡；
[0010]步驟二、計(jì)算所有可能目標(biāo)點(diǎn)跡到三個(gè)平臺(tái)的角度測(cè)量線(xiàn)的距離，選出到三個(gè)平 臺(tái)的角度測(cè)量線(xiàn)的距離都小于門(mén)限的可能目標(biāo)點(diǎn)跡作為可能真實(shí)點(diǎn)跡；
[0011]步驟三、計(jì)算可能真實(shí)點(diǎn)跡到三個(gè)平臺(tái)的角度測(cè)量線(xiàn)的距離之和，并對(duì)距離之和 進(jìn)行排序，根據(jù)可能的目標(biāo)數(shù)目η選出距離之和最小的η個(gè)點(diǎn)跡，作為真實(shí)目標(biāo)的測(cè)量點(diǎn)跡；
[0012] 步驟四、利用最近鄰數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法將真實(shí)目標(biāo)的測(cè)量點(diǎn)跡與固定航跡、暫時(shí)航跡 進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以及根據(jù)一定的航跡起始、刪除規(guī)則進(jìn)行航跡的起始以及刪除。
[0013] 優(yōu)選地，所述步驟一，選擇二個(gè)距離最遠(yuǎn)的平臺(tái)進(jìn)行可能目標(biāo)點(diǎn)跡的計(jì)算。
[0014] 優(yōu)選地，所述門(mén)限的定義如下：
[0015]
[0016] 其中，R為可能目標(biāo)點(diǎn)跡到各個(gè)平臺(tái)的角度測(cè)量線(xiàn)的距離，x，y，z為可能目標(biāo)點(diǎn)跡 在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，Xsl，y sl，Zsl為各個(gè)平臺(tái)在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，為平臺(tái) 的俯仰角和方位角測(cè)量方差，其中i = 1，2，3。
[0017] 優(yōu)選地，所述航跡起始、刪除規(guī)則為：
[0018] -、當(dāng)一幀掃描完成，先將真實(shí)目標(biāo)的測(cè)量點(diǎn)跡與各固定航跡進(jìn)行關(guān)聯(lián)，對(duì)關(guān)聯(lián)成 功的真實(shí)目標(biāo)的測(cè)量點(diǎn)跡進(jìn)行濾波處理并更新固定航跡檔案;然后將與固定航跡關(guān)聯(lián)不成 功的真實(shí)目標(biāo)的測(cè)量點(diǎn)跡與各暫時(shí)航跡進(jìn)行關(guān)聯(lián)，利用關(guān)聯(lián)成功的真實(shí)目標(biāo)的測(cè)量點(diǎn)跡更 新暫時(shí)航跡數(shù)據(jù);再后將與暫時(shí)航跡關(guān)聯(lián)不成功的真實(shí)目標(biāo)的測(cè)量點(diǎn)跡與上一幀的孤立點(diǎn) 跡進(jìn)行關(guān)聯(lián)，起始新的暫時(shí)航跡;最后剩余點(diǎn)跡成為這一幀的孤立點(diǎn)跡；
[0019] 二、觀察相鄰的4個(gè)幀，若暫時(shí)航跡有3次相關(guān)成功，則這條暫時(shí)航跡提升為固定航 跡；
[0020] 三、當(dāng)固定航跡滿(mǎn)足以下任一一個(gè)條件，就刪除航跡：
[0021 ]條件之一:固定航跡若連續(xù)3幀相關(guān)聯(lián)失敗則認(rèn)為該航跡消亡；
[0022] 條件之二:固定航跡在空域外則認(rèn)為該航跡消亡。
[0023] 本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明將多重門(mén)限技術(shù)與數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法相結(jié)合實(shí)現(xiàn)虛假點(diǎn) 的刪除，由于利用多重門(mén)限技術(shù)刪除了大部分的虛假點(diǎn)，減小了后續(xù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)時(shí)的數(shù)據(jù)處 理計(jì)算量，減小最后生成的虛假航跡的概率，工程可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0024]以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0025]圖1是測(cè)向交叉定位原理；
[0026]圖2是定位點(diǎn)到測(cè)量線(xiàn)的距離的計(jì)算原理圖；
[0027] 圖3為場(chǎng)景1無(wú)源定位目標(biāo)濾波跟蹤結(jié)果，左側(cè)為載機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡，右側(cè)為目標(biāo)真實(shí) 運(yùn)動(dòng)軌跡和無(wú)源定位算法解算出的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的對(duì)比。
[0028] 圖4為場(chǎng)景2無(wú)源定位目標(biāo)濾波跟蹤結(jié)果，右側(cè)為目標(biāo)真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡和無(wú)源定位算 法解算出的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的對(duì)比。
[0029] 圖5為本發(fā)明的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn) 行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí) 施例。
[0031] 實(shí)施例
[0032] 本發(fā)明提出的去除多目標(biāo)無(wú)源定位與跟蹤解算過(guò)程中產(chǎn)生的虛假點(diǎn)的方法，主要 包含利用多重門(mén)限去除虛假點(diǎn)以及利用最近鄰數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法去除虛假點(diǎn)兩個(gè)過(guò)程。同時(shí)減 少平臺(tái)間的通信及計(jì)算量，使用的用于無(wú)源定位解算的平臺(tái)數(shù)目為三個(gè)，如圖5所示，本實(shí) 施例包含以下步驟：
[0033]第一步，利用測(cè)向交叉定位原理對(duì)距離最遠(yuǎn)的二個(gè)平臺(tái)獲取的點(diǎn)跡進(jìn)行計(jì)算，求 出所有可能目標(biāo)點(diǎn)跡。
[0034]如圖1所示。測(cè)向交叉定位是利用多個(gè)觀測(cè)站得到的目標(biāo)相對(duì)于觀測(cè)站的測(cè)向線(xiàn) 在空間中相交從而確定目標(biāo)的位置。不管是在二維空間還是三維空間，只要有兩條來(lái)自不 同觀測(cè)站的測(cè)向線(xiàn)就可以進(jìn)行交叉定位而確定目標(biāo)的位置。以?xún)蓚€(gè)觀測(cè)站為例，在二維空 間中，每個(gè)觀測(cè)站確定一條測(cè)向線(xiàn)只需要一個(gè)角度即可，而在三維空間中，確定每條測(cè)向線(xiàn) 需要兩個(gè)角度。
[0035]假設(shè)平臺(tái)&、(：2和目標(biāo)T在同一坐標(biāo)系下。平臺(tái)&(Χ1， 71，Ζ1)獲取對(duì)目標(biāo)的觀測(cè)量為 (Φ 1，θ?)，平臺(tái)C2(X2，y2，Z2)獲取對(duì)目標(biāo)的觀測(cè)量為（Φ 2，02)。根據(jù)圖1中的幾何關(guān)系，可得： 對(duì)第i個(gè)觀測(cè)站，i = l，2
[0038]由方程（1)、（2)可推出： L0043J 貝 1J
[0044] Ai.X = Ki (6)
[0045] 將兩個(gè)載機(jī)的方程聯(lián)立，并令A(yù)=[Ai Κ2]τ，即
[0046] Α·Χ=Κ (7)
[0047] 若不存在誤差，則通過(guò)方程組(7)可求得目標(biāo)的準(zhǔn)確位置，但由于測(cè)量角度的觀測(cè) 誤差和載機(jī)自身定位誤差的存在，兩條定位線(xiàn)在空間形成異面直線(xiàn)，得不到目標(biāo)的準(zhǔn)確位 置，但可以求方稈組（7)的最小二乘解作為目標(biāo)的估計(jì)位置。
[0048]
[0049] 在幾何意義上，由（Φ i，Θ:)確定的射線(xiàn)為載機(jī)(^的定位線(xiàn)，由（Φ 2, θ2)確定的射線(xiàn) 為載機(jī)C2的定位線(xiàn)，方程組(7)的最小二乘解即為到這兩條定位線(xiàn)的距離和最小的點(diǎn)的位 置。當(dāng)i 2 3時(shí)上式同樣成立。
[0050] 第二步，計(jì)算所有可能目標(biāo)點(diǎn)跡到三個(gè)平臺(tái)的角度測(cè)量線(xiàn)的距離，選出到三個(gè)平 臺(tái)的角度測(cè)量線(xiàn)的距離都小于門(mén)限的可能目標(biāo)點(diǎn)跡作為可能真實(shí)點(diǎn)跡。
[0051] 門(mén)限定義如下：
[0052]
[0053]其中，R為定位點(diǎn)到各個(gè)平臺(tái)角度測(cè)量線(xiàn)的距離，x，y，z為目標(biāo)(有可能為虛假目標(biāo) 點(diǎn)跡)在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，xSi，ySi，zsi為相應(yīng)平臺(tái)在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)， 為平臺(tái)的俯仰角和方位角測(cè)量方差，其中i = l，2,3。
[0054] 對(duì)于解算出的可能目標(biāo)點(diǎn)跡到各平臺(tái)的角度測(cè)量線(xiàn)的距離的計(jì)算作如下說(shuō)明：
[0055] 設(shè)解算出的可能目標(biāo)點(diǎn)跡在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為1:(^，5^，~），平臺(tái)在直角坐 標(biāo)系中的坐標(biāo)為1:(^1， 781，281)，平臺(tái)測(cè)得的可能目標(biāo)點(diǎn)跡的方位及俯仰角分別為（巾1， θ〇,平臺(tái)、可能目標(biāo)點(diǎn)跡、角度測(cè)量線(xiàn)相互之間的位置關(guān)系可參考附圖2。
[0056] 由以上條件可得角度測(cè)量線(xiàn)的方位向量為《二（COS(G) (僉）.，cos(0i)* sin( Φ i)，sin(9i))，令1 = cos(9i)*cos( Φ i)，m = cos(9i)*sin( Φ i)，n = sin(9i)，角度測(cè)量 線(xiàn)的方位向量可寫(xiě)為(/，W，fl) ?
[0057] 角度測(cè)量線(xiàn)的方程可寫(xiě)作下式：
[0058]
(9)
[0059]可能目標(biāo)點(diǎn)跡到角度測(cè)量線(xiàn)的距離d計(jì)算公式如下：
[0060]
(10 )
[0061]第三步，計(jì)算可能真實(shí)點(diǎn)跡到三個(gè)平臺(tái)的角度測(cè)量線(xiàn)的距離之和，并對(duì)距離之和 進(jìn)行排序，根據(jù)可能的目標(biāo)數(shù)目η選出距離之和最小的η個(gè)點(diǎn)跡(η為各個(gè)平臺(tái)能夠得到的最 小量