基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法与流程

1.本发明属于航迹起始技术领域，具体涉及一种基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法。


背景技术：

2.雷达航迹处理的输入是雷达下发过来的点迹的集合，处理完成后输出的是航迹的集合。在多目标跟踪问题中，首先要通过雷达多次扫描的点迹建立目标的初始航迹，如果多个点迹之间满足某种逻辑关系，则这些点迹可以建立一条临时航迹，并利用状态估计进行目标跟踪，建立航迹的过程就是航迹起始。航迹起始过程是雷达数据处理过程中重要环节之一。航迹起始即新航迹的生成，新航迹的生成主要通过对雷达多次探测获取的剩余点迹进行处理，来提取潜在的目标航迹。考虑到雷达的资源有限，而面临的空情复杂、恶劣，有效的航迹起始和终结规则是保证雷达系统有效、平稳运转的关键之一。
3.一般来说，航迹起始有多种方法，其中逻辑法航迹起始是一种顺序处理技术，具有计算量小，效率高的优点。传统的逻辑法通过预测和波门来识别可能存在的航迹，在每一个扫描阶段通过预测和相关波门来识别可能存在的航迹。一般采用滑窗法的m/n逻辑来决定何时形成一条新的航迹。当n个扫描周期中有m个周期检测到目标时，生成一条新的航迹。
4.但是逻辑法航迹起始存在下列不足：(1)在杂波较密集的环境下，由于点迹数量过多，容易导致虚假目标起批，航迹起始的准确性较低且计算机资源占用较大；(2)在虚警率较低时，虚假航迹不能有效剔除，导致不能快速有效的起始航迹。


技术实现要素：

5.本发明的发明目的是提供一种基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法。
6.该基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，相较于传统的逻辑法，杂波抑制效果较为明显，减少了计算负担，提高了航迹起始资源利用的效率。
7.为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：
8.一种基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，包括如下步骤：
9.a根据杂波的密集程度对起始准则中扫描周期n和/或检测到目标的周期m进行调整，减少虚假航迹的产生；
10.b在航迹起始时，根据雷达回波航迹的信噪比选择snr门限，剔除幅度较小的回波；
11.c在航迹起始第二个扫描周期后，对于落入波门的点迹进行筛选，剔除部分虚假航迹。
12.本发明主要从起始准则的选择、航迹起始时的信噪比限制和波门内筛选点迹三个方面进行基于车载雷达的逻辑法航迹起始的优化；在航迹起始前根据杂波的密集程度对起始准则进行选择，既能在虚警率较低时快速进行航迹起始又能在杂波较密集的时候剔除部分点迹的同时减少对计算机资源的占用；在航迹起始时利用回波的幅度，相比于真实目标，杂波的信噪较小，可以通过信噪比的限制剔除部分杂波；在对于落入波门内的点迹，可以通
过增加角度限制条件、方位角的点迹筛选速度、俯仰角度等筛选方案剔除部分虚假航迹；由此，利用本技术提供的优化方法，在采用滑窗法的m/n逻辑法流程中的第三次扫描中，虚假的航迹已经被大幅剔除，可以快速准确的识别真实的航迹。
13.在上述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法中，所述步骤a中，设当前一周期扫描到的点迹个数与预设的杂波较少一周期扫描到的点迹个数的比值为p，以p值大小选择起始准则。
14.与真实目标相比，虚假航迹的质量一般较差，使用更为严格的起始准则可以减少此类航迹的产生，在杂波密集的区域可以使用较为严格的起始准则，但是严格的起始准则会增加航迹起始所需要的周期数，因此以p值大小判断杂波的密集程度后再进行起始准则的选择可以更能精准有效的进行航迹起始。其中预设的杂波较少周期根据不同的场景需要进行设定和调整。
15.在上述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法中，所述步骤a中，当p≤1时，采用3/4起始，1＜p≤2时，采用4/5起始，p＞2时采用4/4起始。
16.本发明在杂波稀疏的时候，采取较宽松的起始准则以快速进行航迹起始，这种情况下采用3/4起始准则；杂波较密集的时候采取较严格的起始准则，选择采用4/5起始准则，在杂波特别密集时，采用4/4起始准则。在不同的应用场景中，选择正确率较高的起始准则，同时减少对计算机资源的占用。
17.在上述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法中，所述步骤b中，根据距离的变化选用不同的snr门限，将信噪比高于对应门限的点迹放入起始缓存区中。
18.在航迹起始时可以考虑回波的幅度，剔除幅度较小的回波。雷达上报的目标中包含了信噪比信息，相比于真实目标，杂波的信噪较小，因此可以通过信噪比的限制剔除部分杂波。
19.在上述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法中，所述步骤b中，snr门限的选择方式如下，
[0020][0021]
随着距离的增大，回波的信噪比会减小，因此门限需根据信噪比随距离变化的趋势来设置，将信噪比高于该门限的点迹放入起始缓存区中。该方法在一定程度上会造成真实目标起批较晚，但对于车载雷达而言，杂波的起批对使用效果的影响较大，且对目标起批的快慢要求较低。
[0022]
在上述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法中，所述步骤c中，设点a，b，c为k，k+1，k+2时刻的量测，α为c和a，b之间连线的偏角，落入波门的点迹满足α＜135
°
。
[0023]
本发明的优化方法对于落入波门内的点迹，增加了角度限制条件，通过α＜135
°
限制“v”字形航迹的起始，剔除部分虚假航迹。
[0024]
在上述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法中，所述步骤c中，设点c
′
为b的外推点，β为c和c
′
的方位角误差，θ为方位测角精度，落入波门的点迹满足β＜θ。
[0025]
由于在起始阶段无法确定目标的运动形式，角度限制范围较宽以避免剔除真实航
迹，因此依旧会存在一些方位变化过大的虚假航迹，本技术的优化方法增加了对量测和外推点的方位角之差的限制，通过限制方位角变化过大的航迹的起始，进一步剔除虚假航迹。
[0026]
在上述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法中，测试雷达为脉冲多普勒雷达，所述步骤c中，剔除多普勒速度在0附近的点迹。
[0027]
本发明选择测试雷达为脉冲多普勒雷达，脉冲多普勒雷达的回波信息中包含目标的多普勒速度，多普勒速度在0附近的点迹可认为是静止目标，因此可以对于这类点迹不予起批。
[0028]
在上述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法中，所述步骤c中，落入波门的点迹多普勒速度方向与自身的航迹速度方向一致。
[0029]
在上述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法中，所述步骤c中，所述点迹速度和航迹速度满足下式，
[0030]
|v(k)-v(k-1)|＜|v(k-1)/2|+r(k-1)*θ/t
[0031]
式中，v(k)，v(k-1)为k，k-1时刻的目标航速，r(k-1)为k-1时刻的目标速度，θ为方位测角精度，t为扫描周期，r(k-1)*θ/t为由测角精度带来的速度误差。
[0032]
在传统的逻辑法中，波门的大小由外推误差协方差决定，若k+1时刻的量测值zc(k+1)满足下式：
[0033][0034]
则称zc(k+1)为候选回波，
[0035]
式中波门规则式中为k时刻的量测在k+1时刻的预测值；
[0036]vc
(k+1)为量测和预测值之间的差值，即新息；
[0037]
s(k+1)为新息协方差；
[0038]
是具有ηz个自由度的χ2分布。
[0039]
但是目标在起始阶段机动的可能性较小，航速变化不大，真实的点迹和真实航迹之间应该有较高的关联度，由此将点迹和航迹之间速度的对比作为是否关联的判断条件，可以有效剔除航速变化较大的航迹，即相邻时刻目标航速的绝对差值应小于k-1时刻的目标速度与速度误差的和。
[0040]
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0041]
(1)本发明主要从起始准则的选择、航迹起始时和波门内筛选点迹三个方面进行基于车载雷达的逻辑法航迹起始的优化；在航迹起始前根据杂波的密集程度对起始准则进行选择，既能在虚警率较低时快速进行航迹起始也能在杂波较密集的时候剔除部分点迹的同时减少对计算机资源的占用；在航迹起始时利用回波的幅度，相比于真实目标，杂波的信噪较小，可以通过信噪比的限制剔除部分杂波；在对于落入波门内的点迹，可以通过增加角度限制条件、方位角的点迹筛选速度、俯仰角度等筛选方案剔除部分虚假航迹；由此，利用本技术提供的优化方法，在采用滑窗法的m/n逻辑法流程中的第三次扫描中，虚假的航迹已经被大幅剔除，可以快速准确的识别真实的航迹。
[0042]
(2)本发明在杂波稀疏的时候，采取较宽松的起始准则以快速进行航迹起始，这种情况下采用3/4起始准则；杂波较密集的时候采取较严格的起始准则，选择采用4/5起始准
则，在杂波特别密集时，采用4/4起始准则。在不同的应用场景中，选择正确率较高的起始准则，同时减少对计算机资源的占用。
[0043]
(3)在航迹起始时可以考虑回波的幅度，剔除幅度较小的回波。雷达上报的目标中包含了信噪比信息，相比于真实目标，杂波的信噪较小，因此可以通过信噪比的限制剔除部分杂波。
[0044]
(4)随着距离的增大，回波的信噪比会减小，因此门限需根据信噪比随距离变化的趋势来设置，将信噪比高于该门限的点迹放入起始缓存区中。该方法在一定程度上会造成真实目标起批较晚，但对于车载雷达而言，杂波的起批对使用效果的影响较大，且对目标起批的快慢要求较低。
[0045]
(5)本发明的优化方法对于落入波门内的点迹，增加了角度限制条件，通过α＜135
°
限制“v”字形航迹的起始，剔除部分虚假航迹。
[0046]
(6)由于在起始阶段无法确定目标的运动形式，角度限制范围较宽以避免剔除真实航迹，因此依旧会存在一些方位变化过大的虚假航迹，本技术的优化方法增加了对量测和外推点的方位角之差的限制，通过限制方位角变化过大的航迹的起始，进一步剔除虚假航迹。
[0047]
(7)本发明选择测试雷达为脉冲多普勒雷达，脉冲多普勒雷达的回波信息中包含目标的多普勒速度，多普勒速度在0附近的点迹可认为是静止目标，因此可以对于这类点迹不予起批。
[0048]
(8)本发明通过目标在起始阶段航速变化不大，真实的点迹和真实航迹之间应该有较高的关联度的特性，将点迹和航迹之间速度的对比作为是否关联的判断条件，有效剔除航速变化较大的航迹。
附图说明
[0049]
图1为本发明步骤c中波门内点迹方位角限制的示意图；
[0050]
图2为传统逻辑法航迹起始在雷达中的测试结果示意图；
[0051]
图3为本发明的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法在雷达中的测试结果示意图。
具体实施方式
[0052]
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细说明。
[0053]
实施例1
[0054]
传统的逻辑法航迹起始流程如下：
[0055]
(1)第一次扫描中得到的量测作为航迹头放入缓存区中，
[0056]
航迹刚起始时为了提高检测概率，初始波门相应的要建大波门，通常使用环形波门。环形波门是一个由目标最大和最小速度和采样时间构成的360
°
圆环，其内径r1＝v
min
t，外径r2＝v
max
t，其中v
min
，v
max
为目标的最小和最大速度，t为采样间隔。
[0057]
(2)第二次扫描中，若有量测落入波门内与第一点的量测关联，则形成临时航迹更新缓存区并进行外推，以外推点为中心建立椭圆波门。
[0058]
椭圆波门的大小由外推误差协方差决定，若k+1时刻的量测值zc(k+1)满足下式：
[0059][0060]
则称zc(k+1)为候选回波，式中椭圆波门规则式中为k时刻的量测在k+1时刻的预测值；vc(k+1)为量测和预测值之间的差值，即新息；s(k+1)为新息协方差；是具有ηz个自由度的χ2分布。
[0061]
(3)在第三次扫描中，若量测满足椭圆波门规则，选取距离外推点最近的点迹进行关联，重复本步骤，直到长度达到m，生成一条新的航迹，若波门内没有量测，将临时航迹再次外推，重复本步骤，若扫描次数达到n时，长度小于m，清空这条临时航迹。
[0062]
(4)对于在扫描过程中未进入波门内的点迹，转(1)。
[0063]
本实施例提供的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，包括如下步骤：
[0064]
a根据杂波的密集程度对起始准则中扫描周期n和/或检测到目标的周期m进行调整，减少虚假航迹的产生；即根据杂波的密集程度对起始准则当n个扫描周期中有m个周期检测到目标中的n和/或m进行调整，减少虚假航迹的产生；具体如下，
[0065]
设当前一周期扫描到的点迹个数与预设的杂波较少一周期扫描到的点迹个数的比值为p，以p值大小选择起始准则；当p≤1时，采用3/4起始，1＜p≤2时，采用4/5起始，p＞2时采用4/4起始。
[0066]
在杂波稀疏的时候，采取较宽松的起始准则以快速进行航迹起始，这种情况下采用3/4起始准则；杂波较密集的时候采取较严格的起始准则，选择采用4/5起始准则，在杂波特别密集时，采用4/4起始准则。在不同的应用场景中，选择正确率较高的起始准则，同时减少对计算机资源的占用。
[0067]
b在航迹起始时，根据雷达回波航迹的信噪比选择snr门限，剔除幅度较小的回波；具体如下，
[0068]
根据距离的变化选用不同的snr门限，将信噪比高于对应门限的点迹放入起始缓存区中，
[0069]
snr门限的选择方式如下，
[0070][0071]
随着距离的增大，回波的信噪比会减小，因此门限需根据信噪比随距离变化的趋势来设置，将信噪比高于该门限的点迹放入起始缓存区中。该方法在一定程度上会造成真实目标起批较晚，但对于车载雷达而言，杂波的起批对使用效果的影响较大，且对目标起批的快慢要求较低。
[0072]
c在航迹起始第二个扫描周期后，对于落入椭圆波门的点迹进行筛选，剔除部分虚假航迹；具体如下，
[0073]
设点a,b,c为k，k+1，k+2时刻的量测，α为c和a,b之间连线的偏角，落入椭圆波门的点迹满足α＜135
°
；设点c
′
为b的外推点，β为c和c
′
的方位角误差，θ为方位测角精度，落入椭圆波门的点迹满足β＜θ。
[0074]
上述采用方位角的点迹筛选，除此之外还有速度、俯仰角度等筛选方案，本实施例进一步采用多普勒速度进行筛选，
[0075]
多普勒速度在0附近的点迹可认为是静止目标，因此可以对于这类点迹不予起批；
[0076]
落入椭圆波门的点迹多普勒速度为同向；
[0077]
目标在起始阶段机动的可能性较小，航速变化不大，真实的点迹和真实航迹之间应该有较高的关联度，由此将点迹和航迹之间速度的对比作为是否关联的判断条件，可以有效剔除航速变化较大的航迹，即相邻时刻目标航速的绝对差值应小于k-1时刻的目标速度与速度误差的和，即
[0078]
点迹速度和航迹速度满足下式，
[0079]
|v(k)-v(k-1)|＜|v(k-1)/2|+r(k-1)*θ/t
[0080]
式中，v(k)，v(k-1)为k，k-1时刻的目标航速，r(k-1)为k-1时刻的目标速度，θ为方位测角精度，t为扫描周期，r(k-1)*θ/t为由测角精度带来的速度误差。
[0081]
经过上述过程优化后的逻辑法航迹起始流程如下：
[0082]
s1根据杂波的密集程度对起始准则中扫描周期n和检测到目标的周期m进行调整，具体如下，
[0083]
设当前一周期扫描到的点迹个数与杂波较少时一周期扫描到的点迹个数的比值为p，以p值大小选择起始准则；当p≤1时，采用3/4起始，1＜p≤2时，采用4/5起始，p＞2时采用4/4起始。
[0084]
s2在航迹起始时，根据雷达回波航迹的信噪比选择snr门限，根据距离的变化选用不同的snr门限，将信噪比高于对应门限的点迹放入起始缓存区中，
[0085]
snr门限的选择方式如下，
[0086][0087]
s3第一次扫描中得到的量测作为航迹头放入缓存区中，
[0088]
航迹刚起始时为了提高检测概率，初始波门相应的要建大波门，通常使用环形波门。环形波门是一个由目标最大和最小速度和采样时间构成的360
°
圆环，其内径r1＝v
min
t，外径r2＝v
max
t，其中v
min
，v
max
为目标的最小和最大速度，t为采样间隔。
[0089]
s4第二次扫描中，若有量测落入波门内与第一点的量测关联，则形成临时航迹更新缓存区并进行外推，以外推点为中心建立椭圆波门。椭圆波门的大小由外推误差协方差决定。
[0090]
对于落入椭圆波门的点迹进行筛选，剔除部分虚假航迹；具体如下，
[0091]
设点a，b，c为k，k+1，k+2时刻的量测，α为c和a,b之间连线的偏角，落入椭圆波门的点迹满足α＜135
°
；设点c
′
为b的外推点，β为c和c
′
的方位角误差，θ为方位测角精度，落入椭圆波门的点迹满足β＜θ。
[0092]
多普勒速度在0附近的点迹可认为是静止目标，因此可以对于这类点迹不予起批；
[0093]
落入椭圆波门的点迹多普勒速度为同向；
[0094]
判断点迹和真实航迹之间的关联度，剔除航速变化较大的航迹，即点迹速度和航
迹速度满足下式，
[0095]
|v(k)-v(k-1)|＜|v(k-1)/2|+r(k-1)*θ/t
[0096]
式中，v(k)，v(k-1)为k，k-1时刻的目标航速，r(k-1)为k-1时刻的目标速度，θ为方位测角精度，t为扫描周期，r(k-1)*θ/t为由测角精度带来的速度误差。
[0097]
对于筛选后的点迹，若k+1时刻的量测值zc(k+1)满足下式：
[0098][0099]
则称zc(k+1)为候选回波，式中椭圆波门规则式中为k时刻的量测在k+1时刻的预测值；vc(k+1)为量测和预测值之间的差值，即新息；s(k+1)为新息协方差；是具有ηz个自由度的χ2分布。
[0100]
s5在第三次扫描中，若量测满足椭圆波门规则，选取距离外推点最近的点迹进行关联，重复本步骤，直到长度达到m，生成一条新的航迹，若波门内没有量测，将临时航迹再次外推，重复本步骤，若扫描次数达到n时，长度小于m，清空这条临时航迹。
[0101]
s6对于在扫描过程中未进入波门内的点迹，转(1)。
[0102]
本实施例分别利用传统逻辑法和使用本实施例提供的方法优化后的逻辑法进行测试，采用的测试雷达为脉冲多普勒雷达，测试结果分别如图2和图3。
[0103]
图2和图3可以清楚地看出，经过优化后，相较于传统的逻辑法，本实施例提供的优化方法杂波抑制效果较为明显，减少了计算负担，提高了航迹起始资源利用的效率。
[0104]
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

技术特征：
1.一种基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，其特征在于，包括如下步骤：a根据杂波的密集程度对起始准则中扫描周期n和/或检测到目标的周期m进行调整，减少虚假航迹的产生；b在航迹起始时，根据雷达回波航迹的信噪比选择snr门限，剔除幅度较小的回波；c在航迹起始第二个扫描周期后，对于落入波门的点迹进行筛选，剔除部分虚假航迹。2.如权利要求1所述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，其特征在于，所述步骤a中，设当前一周期扫描到的点迹个数与预设的杂波较少一周期扫描到的点迹个数的比值为p，以p值大小选择起始准则。3.如权利要求2所述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，其特征在于，所述步骤a中，当p≤1时，采用3/4起始准则，1＜p≤2时，采用4/5起始准则，p＞2时采用4/4起始准则。4.如权利要求1所述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，其特征在于，所述步骤b中，根据距离的变化选用不同的snr门限，将信噪比高于对应门限的点迹放入起始缓存区中。5.如权利要求4所述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，其特征在于，所述步骤b中，snr门限的选择方式如下，6.如权利要求1所述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，其特征在于，所述步骤c中，设点a,b,c为k，k+1，k+2时刻的量测，α为c和a,b之间连线的偏角，落入波门的点迹满足α＜135
°
。7.如权利要求6所述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，其特征在于，所述步骤c中，设点c
′
为b的外推点，β为c和c
′
的方位角误差，θ为方位测角精度，落入波门的点迹满足β＜θ。8.如权利要求1所述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，其特征在于，测试雷达为脉冲多普勒雷达，所述步骤c中，剔除多普勒速度在0附近的点迹。9.如权利要求8所述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，其特征在于，所述步骤c中，落入波门的点迹多普勒速度方向与自身的航迹速度方向一致。10.如权利要求8所述的基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，其特征在于，所述步骤c中，所述点迹速度和航迹速度满足下式，|v(k)-v(k-1)|＜|v(k-1)/2|+r(k-1)*θ/t式中，v(k)，v(k-1)为k，k-1时刻的目标航速，r(k-1)为k-1时刻的目标速度，θ为方位测角精度，t为扫描周期，r(k-1)*θ/t为由测角精度带来的速度误差。

技术总结
本发明公开了一种基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，该基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，包括如下步骤：根据杂波的密集程度对起始准则当N个扫描周期中有M个周期检测到目标中的N和M进行调整，减少虚假航迹的产生；在航迹起始时，根据雷达回波航迹的信噪比选择SNR门限，剔除幅度较小的回波；在航迹起始第二个扫描周期后，对于落入椭圆波门的点迹进行筛选，剔除部分虚假航迹。该基于车载雷达的逻辑法航迹起始优化方法，相较于传统的逻辑法，杂波抑制效果较为明显，减少了计算负担，提高了航迹起始资源利用的效率。高了航迹起始资源利用的效率。高了航迹起始资源利用的效率。


技术研发人员：王昊 肖健康 徐文文 徐达龙 齐亮
受保护的技术使用者：南湖实验室
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/7/12