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摘要：雷達作為高速運動平臺重要載荷之一，其應用背景具有一定的特殊性。針對高速運動平臺下的雷達機動目標跟蹤問題，本文在建立目標跟蹤信號模型的基礎上，推導了適用于高速運動平臺載荷雷達的自適應目標跟蹤算法，并在算法實現原理框圖的基礎上提出了算法有效性檢驗的MonteCarlo仿真流程。仿真結果表明，與傳統的自適應目標跟蹤算法相比，本文算法具有更高的機動目標跟蹤性能。

關鍵詞：雷達目標；目標跟蹤；測量精度；MonteCarlo仿真

1.引言

與一般的地基或海基雷達相比，衛星或導彈等高速運動平臺載荷雷達受安裝空間、重量或孔徑所限，同時考慮到目標電磁特性日趨復雜、高速運動平臺本身由于氣流或外界干擾引入的姿態變化、多目標搜索與跟蹤、多模復合制導及抗干擾需求不斷增加等因素，載荷雷達對高機動目標穩定跟蹤的性能要求與雷達數據處理資源之間的瓶頸問題長期存在。因此，高速運動平臺載荷雷達對機動目標實施實時跟蹤時，采用的目標跟蹤算法應折中考慮算法精度與工程易實現性，以避免因算法運算時間過長造成跟蹤滯后而直接影響到目標跟蹤精度，甚至丟失目標。在對雷達目標航跡數據進行處理時，目標跟蹤算法運算時間約為Kalman濾波及復雜度近似的各類自適應Kalman濾波算法的1/4，且其跟蹤精度具有工程實用性[1]。當利用相控陣雷達跟蹤空中直線飛行或變航向直線飛行目標時，目標跟蹤算法與最小二乘估計算法、卡爾曼濾波算法相比具有更好的跟蹤效果[2]。在機動目標跟蹤方面，基于常速度與常加速度模型，采用常系數變采樣率目標跟蹤算法能夠減小雷達與目標間徑向距離跟蹤均方根誤差[3]。文獻[4]表明，依據雷達測量誤差方差與預測誤差方差實現算法參數迭代更新的自適應目標跟蹤算法精度優于常系數目標跟蹤算法。在高速運動平臺下，載荷雷達可采用自適應目標跟蹤算法對雷達與機動目標間徑向距離進行實時估計[5][6]。然而，考慮到高速運動平臺與雷達機動目標相對運動狀態中通常包含的加速度項[7]，自適應目標跟蹤模型將加速度項視為噪聲項進行處理無疑會降低跟蹤參數估計精度，同時現有文獻也缺乏在高速運動平臺應用背景下對徑向距離、俯仰角及方位角等雷達目標參數同時進行跟蹤濾波時的算法綜合分析。針對上述高速運動平臺下的雷達機動目標跟蹤問題，本文首先建立了高速運動平臺載荷雷達與機動目標間徑向距離、俯仰角及方位角等目標跟蹤參數信號模型，進而基于測量噪聲與過程噪聲的統計特性推導了具有自適應性的目標跟蹤算法，并在算法實現原理框圖的基礎上提出了適用于雷達目標跟蹤算法有效性檢驗的MonteCarlo仿真流程，最終采用MonteCarlo仿真方法對本文算法與自適應目標跟蹤算法進行了性能比較。

2.信號模型

高速運動平臺下雷達目標跟蹤空間模型，XYZ表示高速運動平臺本地坐標系，坐標原點O位于高速運動平臺質心，目標T在本地坐標系中所處位置可表示為（zyx),,，高速運動平臺瞬時運動方向取為X軸正向。

3.自適應目標跟蹤算法

為了實現雷達機動目標自適應跟蹤，濾波增益系數更新應與信號模型過程噪聲及目標跟蹤參數測量噪聲有關[9]。此外，目標跟蹤參數向量狀態初值會影響目標跟蹤算法的收斂速度，本文采用目標跟蹤參數向量測量值對其進行初始化。在以上基礎上，為了便于算法實際應用時的板級實現，進一步推導了雷達目標自適應跟蹤算法的矢量矩陣形式，進而給出了算法實現原理框圖。

4.MonteCarlo仿真流程

由于目標散射特性、空間電磁環境及接收機熱噪聲等因素的影響，高速運動平臺載荷雷達測量的徑向距離、俯仰角及方位角等目標跟蹤參數具備統計特征。考慮到目標跟蹤算法性能評估參量具有的統計意義，因而算法性能驗證應采用統計量的方式進行。由于算法實際仿真時隨機噪聲實現序列長度有限，本文采用MonteCarlo仿真方法對目標跟蹤算法進行性能評估。在仿真過程中，基于單次仿真時間序列得到的估計量視為隨機變量，由各次仿真時間序列得到的同一估計量相互間獨立同分布。為了保證算法性能評估統計量對其真值估計的精確性，仿真次數M應增加至估計值收斂為止[11]。

5.仿真分析

考慮到上述高速運動平臺雷達與機動目標相對運動軌跡的特點，在本文提出的目標跟蹤算法有效性仿真驗證中，采用地理坐標系（ONED）且以高速運動平臺質心為坐標原點。由于實際應用中通常會對高速運動平臺運動速度進行補償，即高速運動平臺載荷雷達可視為靜止狀態，速度補償誤差計入目標跟蹤參數測量噪聲，那么在算法性能仿真中不妨將機動目標與高速運動平臺載荷雷達之間相對運動與軌跡修正假設為目標以拋物線運動軌跡接近坐標原點即高速運動平臺質心，并將目標與高速運動平臺載荷雷達之間相對運動軌跡簡稱為目標運動軌跡。

6.結論

本文給出了一種適用于高速運動平臺載荷雷達的自適應目標跟蹤算法，并基于統計分析方法提出了目標跟蹤算法有效性檢驗的MonteCarlo仿真流程。仿真結果表明，本文算法與自適應目標跟蹤算法相比具有更高的機動目標跟蹤性能。由于算法運算復雜度不高，可為當前的高速運動平臺載荷雷達實時計算能力所接受，因而該算法具有工程實現意義。

參考文獻

[1]呂昆.雷達目標跟蹤算法的應用研究[D].西安：西安電子科技大學碩士學位論文.2012.

[2]朱薇，夏傳浩.一種改進的目標跟蹤濾波算法[J].計算機應用，2007，27(8)：2053-2055.

[3]潘顯俊，吳彥鴻，賈鑫.濾波器在相控陣雷達機動目標跟蹤中的應用[J].裝備指揮技術學院學報，2005，16(2)：96-100.

[4]王紅亮，李楓，趙亦工.一種機動目標跟蹤的自適應濾波算法[J].雷達科學與技術，2007，5(4)：278-282.

[5]張宏偉，俞靜一，徐陽等.基于濾波的頻率步進導引頭運動補償算法研究[J].現代雷達，2013，35(7):28-30.

[6]靳凌，胡曉形.濾波器在雷達導引頭距離估計中的應用[J].彈箭與制導學報，2013，33(3)：38-40.

[7]何嘉懿，廖桂生，楊志偉.星載雷達對彈道目標跟蹤模式的選擇[J].系統工程與電子技術，2013，35(2)：275-281

作者：康阿龍1；張燕2，3；王志誠1；余渝生1 單位：1上海無線電設備研究所，2南陽理工學院，3上海交通大學