一种船用导航雷达航迹管理的多跟踪目标跟踪方法和系统

摘要

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种船用导航雷达航迹管理的多跟踪目标跟踪方法和系统。其包括从雷达采集多组雷达数据；根据跟踪时间长短和跟踪状态，选择合适的波门参数；根据数据互联中点迹和航迹对应关系初步给出跟踪目标在该帧的跟踪状态，同时计算跟踪目标的物理参数；根据航迹撤销标准，依据该跟踪目标之前的跟踪状态，判定该跟踪目标是否丢失；计算跟踪目标跟踪质量和航迹数目；更新本帧跟踪目标状态和相关参数，更新跟踪目标的航迹档案；根据跟踪质量和航迹数目，来确认跟踪目标航迹是否输出，并输出航迹。

说明书

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种船用导航雷达航迹管理的多跟踪目标跟踪方法和系统。

背景技术

近年来，随着应用环境的复杂多变，要求雷达具有多跟踪目标跟踪能力，并能同时实现多跟踪目标跟踪；多跟踪目标跟踪的基本概念是由Wax于1955年在应用物理杂志的一篇文章中提出来的，之后1964年斯特尔在IEEE上发表一篇名为“监视理论中的最优数据关联问题”的论文成为多跟踪目标跟踪的先导，但那时卡尔曼滤波尚未普遍应用，斯特尔采用的是一种航迹分叉法解决数据关联问题；20世纪70年代初开始在有虚警存在的情况下，利用卡尔曼滤波方法(Kalman)系统地对多跟踪目标跟踪并进行处理；1971年Singer提出的最近邻法是解决数据关联最简单的方法，但最近邻法在杂波环境下的正确关联率较低；在此期间，Y.Bar-Shalom起到了举足轻重的作用，他于1975年提出了特别适用于杂波环境下对单跟踪目标进行跟踪的概率数据关联算法(PDA)，有效解决了杂波环境下的多跟踪目标跟踪问题；T.E.Formann和Y.Bar-Shalom等提出了联合概率数据关联算法(JPDA)，JPDA将所有的跟踪目标和量测进行排列组合，并选择出合理的联合事件计算联合概率，JPDA考虑了来自其他跟踪目标的多个量测处在同一跟踪目标互联域内的可能性，能够很好地解决杂波环境下一个互联域内多跟踪目标的量测问题；但与此同时，JPDA比较复杂，计算量大，并且随着跟踪目标数的增长，确认矩阵的拆分会出现组合爆炸的情况。因此，JPDA在工程上实现起来比较困难。

航迹质量管理，可以及时、准确地起始航迹来建立新跟踪目标档案，也可以及时、准确地撤销航迹以消除多余跟踪目标档案。跟踪目标航迹起始算法有直观法、逻辑法、霍夫(Hough)变化法等，而航迹结束算法有全邻贝叶斯(Bayes)算法、跟踪门算法、序列概率比检验算法。

本发明把航迹开始、航迹撤销以及航迹维持合并，结合波门参数建立和数据关联的跟踪目标状态，基于船用导航雷达的实际应用，给出了一种船用导航雷达航迹质量评定标准，其中包括跟踪波门参数的选择准则、航迹确认准则、航迹撤销准则，提出了一种船用导航雷达航迹管理的多跟踪目标跟踪方法和系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种船用导航雷达航迹管理的多跟踪目标跟踪方法和系统，该方法和系统可以有效的进行航迹多跟踪目标跟踪，解决了现有技术跟踪状态不稳定不精确的问题。

本发明提供了一种船用导航雷达航迹管理的多跟踪目标跟踪方法，包括以下步骤：

通过雷达数据获取单元采集多组的跟踪时间数据、跟踪状态数据、点迹数据和航迹数据；

通过波门参数选择单元根据跟踪时间长短和跟踪状态，选择波门参数；

通过跟踪状态判断计算单元，根据点迹数据和航迹数据对应关系初步给出跟踪目标在该帧的跟踪状态参数，根据跟踪状态参数和波门参数计算跟踪目标的物理参数；

根据航迹撤销标准，依据该跟踪目标之前的跟踪状态数据，判定该跟踪目标是否丢失；

如果跟踪目标未丢失，且航迹长度等于1帧，则认定该跟踪目标为新跟踪目标；如果跟踪目标未丢失，且航迹长度大于1帧，则认定该跟踪目标不是新跟踪目标，判断跟踪目标的点迹数据的能量值，如果能量值小于阈值，该帧进行预测，否则该帧数据加入到跟踪目标航迹估计和预测中；

计算跟踪目标的跟踪质量和航迹数目；

更新本帧的跟踪目标的跟踪时间数据、跟踪状态数据、点迹数据和航迹数据，更新跟踪目标的航迹档案；

根据跟踪质量和航迹数目，来确认跟踪目标的航迹数据是否输出，并输出航迹。

进一步地，所述波门参数按尺寸分为大波门参数、中波门参数和小波门参数三种。

进一步地，计算跟踪目标的物理参数时采用基于以下数学公式建立的数学计算模型：

式中：T_Power——跟踪目标的能量；

E_Power——点迹的能量；

进一步地，根据跟踪时间和跟踪质量判断跟踪目标是否丢失时，采用如下标准的判断模型：

a)最后一帧关联到点迹的时刻Tlast与当前时刻TN差超过20帧；

b)如果该跟踪目标航迹确认了，跟踪目标跟踪质量T_Quality<0.4，且该跟踪目标不是融合跟踪目标；

c)如果该跟踪目标航迹未确认，该跟踪目标跟踪质量T_Quality<0.5；

只要满足其中任一条就认为该跟踪目标丢失。

进一步地，计算航迹数目N_link时，采用基于以下数学公式建立的数学计算模型：

N_Link＝N_Total-N_pre-α·N_can

式中：

N_Total——跟踪目标跟踪总帧数；

N_pre——预测帧数；

N_can——待候选帧数；

α——链接数待选因子,取值范围在(0,1]；

进一步地,计算跟踪目标质量T_Quality时，采用基于以下数学公式建立的数学计算模型：

T_Quality＝β·T_Quality+(1-β)·η

式中:β——质量更新因子，取值范围在(0,1]；

η——本帧该跟踪目标与点迹互联比，取值范围在[0,1]。

本发明还提供了一种船用导航雷达航迹管理的多跟踪目标跟踪系统，其特征在于，包括：

雷达数据获取单元，用于获取雷达采集的数据；

波门参数选择单元，用于接收雷达数据获取单元获取的雷达数据，并根据跟踪时间长短和跟踪状态，选择合适的波门参数；

跟踪状态判断计算单元，用于初步给出跟踪目标在该帧的跟踪状态，同时计算跟踪目标的物理参数；

新跟踪目标判断单元，用于判断跟踪目标是否丢失，判断是否为新跟踪目标；

跟踪目标跟踪质量、航迹数目计算单元，用于接受新跟踪目标判断单元筛选后的跟踪目标跟踪状态数据，并计算跟踪目标跟踪质量和航迹数目；

跟踪状态更新单元，用于接收跟踪目标跟踪质量、航迹数目数据，并更新本帧跟踪目标状态和相关参数，更新跟踪目标的航迹档案；

跟踪目标航迹判断输出单元，用于判断跟踪目标航迹是否输出，并输出跟踪目标航迹。

进一步地，所述船用导航雷达航迹管理的多跟踪目标跟踪系统电连接于雷达显示器。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

本发明把航迹开始、航迹撤销以及航迹维持合并，结合波门参数建立和数据关联的跟踪目标状态，基于船用导航雷达的实际应用，提出了一种船用导航雷达航迹质量评定标准，其中包括跟踪波门参数的选择准则、航迹确认准则、航迹撤销准则，并且当某一帧或某几帧未互联上回波，会再下一帧确认，不会轻易舍弃该跟踪目标。因此，如果是小跟踪目标或信噪比很弱的跟踪目标，通过长时间确认也会确认该跟踪目标航迹，不会造成跟踪目标漏检现象。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的方法步骤框图；

图2是本发明的模块连接框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1、图2所示，本发明提供了一种船用导航雷达航迹管理的多跟踪目标跟踪方法，包括以下步骤：

从雷达采集多组雷达数据；

根据跟踪时间长短和跟踪状态，选择合适的波门参数；

所述波门参数按尺寸分为大波门参数、中波门参数和小波门参数三种。初始数据互联时，选择大的波门参数进行点迹与航迹关联；当该跟踪目标的质量TQuality大于等于质量阈值ThrQuality且点迹与航迹正确互联时，选择中等宽度的波门参数；当判断该航迹输出时，选择小的波门参数进行数据互联。

根据数据互联中点迹和航迹对应关系初步给出跟踪目标在该帧的跟踪状态，同时计算跟踪目标的物理参数；

根据数据互联情况判断跟踪目标跟踪状态。在多跟踪目标情况下，点迹和航迹的关系有以下几种：跟踪目标相关波门参数内只有一个点迹，则该点迹属于该跟踪目标的，该跟踪目标现有状态为命中跟踪(Hit-Target)；如果单个点迹落入多个波门参数相交区域内，或者出现多个点迹落入单个跟踪目标的相关波门参数内，此时该跟踪目标状态为候选跟踪目标(Candidate-Target)，其中如果两个跟踪目标对一个点迹时，这两个跟踪目标称为融合跟踪目标(Merge-Target)；如果在该跟踪目标对应的波门参数内未关联到点迹，该跟踪目标状态为预测跟踪目标(Predict-Target)。

计算跟踪目标的物理参数时采用基于以下数学公式建立的数学计算模型：

式中：T_Power——跟踪目标的能量；

E_Power——点迹的能量；

根据航迹撤销标准，依据该跟踪目标之前的跟踪状态，判定该跟踪目标是否丢失；

根据跟踪时间和跟踪质量判断跟踪目标是否丢失时，采用如下标准的判断模型：

a)最后一帧关联到点迹的时刻Tlast与当前时刻TN差超过20帧；

b)如果该跟踪目标航迹确认了，跟踪目标跟踪质量T_Quality<0.4，且该跟踪目标不是融合跟踪目标；

c)如果该跟踪目标航迹未确认，该跟踪目标跟踪质量T_Quality<0.5；

只要满足其中任一条就认为该跟踪目标丢失。

如果跟踪目标未丢失，且航迹长度等于1，则认定该跟踪目标为新跟踪目标；

如果跟踪目标不是新跟踪目标，判断跟踪目标点迹的能量，如果能量小于阈值，该帧进行预测，否则该帧数据加入到跟踪目标航迹估计和预测中；

计算跟踪目标跟踪质量和航迹数目；

计算跟踪目标质量T_Quality时，采用基于以下数学公式建立的数学计算模型：

T_Quality＝β·T_Quality+(1-β)·η

式中:β——质量更新因子，取值范围在(0,1]；

η——本帧该跟踪目标与点迹互联比，取值范围在[0,1]。

计算航迹数目N_link时，采用基于以下数学公式建立的数学计算模型：

N_Link＝N_Total-N_pre-α·N_can

式中：

N_Total——跟踪目标跟踪总帧数；

N_pre——预测帧数；

N_can——待候选帧数；

α——链接数待选因子,取值范围在(0,1]；

更新本帧跟踪目标状态和相关参数，更新跟踪目标的航迹档案；

根据跟踪质量和航迹数目，来确认跟踪目标航迹是否输出，并输出航迹。

根据跟踪目标质量TQuality和跟踪目标航迹数目NLink，当TQuality>ThrQuality且NLink>MinHitNum时，判断该跟踪目标的航迹为确认航迹：否则，通过下一帧再进行判断。

本发明还提供了一种船用导航雷达航迹管理的多跟踪目标跟踪系统，其特征在于，包括：

雷达数据获取单元，用于获取雷达采集的数据；

波门参数选择单元，用于接收雷达数据获取单元获取的雷达数据，并根据跟踪时间长短和跟踪状态，选择合适的波门参数；

跟踪状态判断计算单元，用于初步给出跟踪目标在该帧的跟踪状态，同时计算跟踪目标的物理参数；

新跟踪目标判断单元，用于判断跟踪目标是否丢失，判断是否为新跟踪目标；

跟踪目标跟踪质量、航迹数目计算单元，用于接受新跟踪目标判断单元筛选后的跟踪目标跟踪状态数据，并计算跟踪目标跟踪质量和航迹数目；

跟踪状态更新单元，用于接收跟踪目标跟踪质量、航迹数目数据，并更新本帧跟踪目标状态和相关参数，更新跟踪目标的航迹档案；

跟踪目标航迹判断输出单元，用于判断跟踪目标航迹是否输出，如果判断目标符合输出要求，该目标输出，否则，不输出直到符合输出条件。如果该目标之前输出了，一直输出，直到条件不满足时再进一步判断是否还要输出。

进一步地，所述船用导航雷达航迹管理的多跟踪目标跟踪系统电连接于雷达显示器。

本发明把航迹开始、航迹撤销以及航迹维持合并，结合波门参数建立和数据关联的跟踪目标状态，基于船用导航雷达的实际应用，提出了一种船用导航雷达航迹质量评定标准，其中包括跟踪波门参数的选择准则、航迹确认准则、航迹撤销准则，并且当某一帧或某几帧未互联上回波，会再下一帧确认，不会轻易舍弃该跟踪目标。因此，如果是小跟踪目标或信噪比很弱的跟踪目标，通过长时间确认也会确认该跟踪目标航迹，不会造成跟踪目标漏检现象。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。