空管自動化系統(tǒng)中航跡濾波算法的應(yīng)用與改進

張滿

【摘 要】雷達目標(biāo)的航跡處理是空管自動化系統(tǒng)的一個核心功能，航跡濾波是航跡處理過程中的重要技術(shù)，是實現(xiàn)平滑、穩(wěn)定航跡的關(guān)鍵，航跡濾波算法直接影響著系統(tǒng)目標(biāo)航跡的準(zhǔn)確性和可靠性，本文以航跡濾波原理為切入點，介紹了兩種廣泛應(yīng)用于空管自動化系統(tǒng)中的航跡濾波算法，最后分析仿真了一種改進的多模型交互式航跡濾波算法。

【關(guān)鍵詞】航跡濾波；目標(biāo)跟蹤；卡爾曼濾波；多模型交互式算法

0 前言

航跡濾波也可以稱之為目標(biāo)跟蹤處理，是空管自動化系統(tǒng)中雷達航跡處理的一個關(guān)鍵性技術(shù)，主要功能是對目標(biāo)運動軌跡進行平滑濾波計算，形成目標(biāo)航跡，實現(xiàn)對目標(biāo)的跟蹤預(yù)測，它的原理是通過目標(biāo)的探測信息實時計算目標(biāo)當(dāng)前的位置、速度等參數(shù)，然后與系統(tǒng)上一次目標(biāo)估算值作比較并調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，推算出雷達下一個掃描周期目標(biāo)的位置狀態(tài)信息[1]。航跡濾波算法的質(zhì)量影響著目標(biāo)航跡計算和預(yù)測的精度，高效的航跡濾波算法是有效解決目標(biāo)跳變，實現(xiàn)穩(wěn)定、平滑航跡輸出的關(guān)鍵。本文介紹了航跡濾波原理和目前廣泛應(yīng)用的兩種航跡濾波算法，在此基礎(chǔ)上探討了一種改進的算法，并對算法仿真結(jié)果進行了分析。

1 航跡處理與航跡濾波原理

空管自動化系統(tǒng)的一個核心功能就是進行雷達航跡處理，自動化系統(tǒng)將雷達前端捕獲到的目標(biāo)點跡進行時時濾波跟蹤生成航跡，然后進行目標(biāo)航跡的融合計算，接著關(guān)聯(lián)航跡信息并輸出顯示（圖1）。

在航跡處理的過程中，目標(biāo)狀態(tài)濾波跟蹤就是在某個閾值內(nèi)對目標(biāo)運動軌跡狀態(tài)進行平滑計算，是一種自適應(yīng)濾波原理，濾波的效果直接影響著航跡質(zhì)量和整個系統(tǒng)的精確性與可靠性，同時系統(tǒng)也可以通過精確的濾波跟蹤去除假目標(biāo)干擾。

圖2是航跡濾波基本原理框圖，目標(biāo)的初始狀態(tài)向量X包括了位置、速度、加速度動態(tài)特性，系統(tǒng)量測量Z為包含疊加噪聲V向量的線性組合，d為殘差向量。在整個過程中系統(tǒng)首先根據(jù)殘差向量d的變化進行機動檢測和辨識，其次按照特定算法調(diào)整濾波器增益與協(xié)方差矩陣并更新目標(biāo)的機動特性，最后系統(tǒng)估計出目標(biāo)的運動狀態(tài)輸出預(yù)測值，從而實現(xiàn)目標(biāo)跟蹤功能。

目標(biāo)跟蹤處理過程涉及兩個部分：1）預(yù)測與自適應(yīng)濾波，系統(tǒng)通過殘差變化調(diào)整參數(shù)估計當(dāng)前和未來時刻目標(biāo)的運動狀態(tài)，包括位置，速度等；2）機動目標(biāo)模型，機動目標(biāo)模型是指描述目標(biāo)運動狀態(tài)變化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，常用的目標(biāo)模型CV與CA（常速與常加速模型），半馬爾科夫模型，以及機動目標(biāo)“當(dāng)前”模型等[2]。

5 結(jié)束語

本文首先介紹了空管自動化系統(tǒng)中雷達航跡處理過程以及航跡濾波算法的原理，然后介紹了目前空管自動化系統(tǒng)中常用的兩種航跡濾波算法，接著分析了一種改進的多模型濾波算法，最后通過MATLAB系統(tǒng)仿真，且對仿真結(jié)果進行了分析，為工程應(yīng)用提供了一定的理論參考。

【參考文獻】

[1]丁寶華，黃慧.雷達跟蹤濾波技術(shù)研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013（1）：70-72.

[2]秦勤.交管雷達改進目標(biāo)跟蹤算法的研究[D].大連海事大學(xué)，2006.

[3]盧海進，徐琳.自適應(yīng)α-β濾波算法的研究和應(yīng)用[J].大眾科技，2012（2）：73-75.

[4]Blom H A P Bar-Shalom Y.The interacting multiple model algorithm for systems with M arkovian switching coefficient[J].IEEE Trans On Automatic Control，1988， 33： 780-783.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]