基于目标跟踪的相控阵雷达波束和驻留时间联合分配方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107450070A(43)申请公布日2017.12.08(21)申请号201710242213.9(22)申请日2017.04.14(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人易伟王祥丽孙伟黎明孔令讲谢明池袁野(74)专利代理机构成都宏顺专利代理事务所(普通合伙)51227代理人周永宏王伟(51)Int.Cl.G01S13/72(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图5页(54)发明名称基于目标跟踪的相控阵雷达波束和驻留时间联合分配方法(57)摘要本发明公开一种基于目标跟踪的相控阵雷达波束和驻留时间联合分配方法，首先建立信号模型、目标动态模型和量测模型，初始化系统参数，然后，推导出带有波束指向和驻留时间变量的贝叶斯克拉美罗界并将其作为目标跟踪性能的准则，将资源分配问题转化为一个最小化驻留时间，以目标跟踪性能为约束的数学优化模型，之后根据最优化算法理论，提出一个先解决波束指向再分配驻留时间的两步分解算法，得到资源分配结果；有效解决了波束数量有限和平均分配驻留时间带来的相控阵雷达资源浪费问题，实现了既能保证所有目标满足预定跟踪性能又使用于跟踪任务的资源消耗量有所减少，更合理的分配了系统资源；本发明方法可以应用于多目标跟踪的资源优化领域。CN107450070ACN107450070A权利要求书1/3页1.一种基于目标跟踪的相控阵雷达波束和驻留时间联合分配办法，其特征在于，包括：S1、建立系统模型；具体为：设定相控阵雷达的位置为(x,y)，能同时发射M个波束，在监控区域广泛分布Q个目标，且M≤Q；确定目标的初始位置以及目标的运动模式，确定驻留时间ΔTq,k，并计算目标的回波信号及回波信噪比；其中，q表示目标序号，q＝1,…,Q，k表示第k个跟踪时刻；所述目标运动形式为：匀速直线运动或匀加速直线运动或协同转弯运动；S2、根据步骤S1确定的目标运动形式得到目标运动模型，并根据步骤S1计算得到的目标的回波信号，得到目标观测模型；根据目标运动模型与目标观测模型，得到包含驻留时间的目标量测噪声协方差；S3、根据步骤S2得到的目标运动模型和目标的量测噪声协方差，得到各目标的预测贝叶斯克拉美罗界；根据得到贝叶斯克拉美罗界，确定各目标跟踪精度的准则；建立以总驻留时间为目标函数，目标跟踪精度和波束为约束的资源管控优化函数，对资源管控优化函数进行求解，得到波束和驻留时间的分配结果；S4、根据步骤S3得到的波束和驻留时间的分配结果，采用粒子滤波算法实现雷达对多目标的跟踪。2.根据权利要求1所述的一种基于目标跟踪的相控阵雷达波束和驻留时间联合分配办法，其特征在于，步骤S1还包括：引入二元变量Γk为变量，表示资源分配前相控阵雷达波束分配结果；其中，q＝1,…,Q；为变量，表示资源分配前目标q上的波束指向。3.根据权利要求1所述的一种基于目标跟踪的相控阵雷达波束和驻留时间联合分配办法，其特征在于，步骤S3所述的根据步骤S2得到的目标运动模型和目标的量测噪声协方差，得到各目标的预测贝叶斯克拉美罗界；具体为：假设目标估计状态为则其满足：其中，表示对目标状态和观测求数学期望；表示目标状态的贝叶斯信T息矩阵，zq,k表示目标观测模型，表示目标运动模型，(·)表示转置运算，表示对求倒数；所述表达式为：其中，表示目标的先验FIM，表示目标的数据FIM；若在k时刻，目标q不被波束照射，则驻留时间为零且目标的数据FIM不存在，所以贝叶斯信息矩阵转化为：2CN107450070A权利要求书2/3页对进行求逆，得到目标的预测贝叶斯克拉美罗界为：4.根据权利要求3所述的一种基于目标跟踪的相控阵雷达波束和驻留时间联合分配办法，其特征在于，步骤S3所述根据得到贝叶斯克拉美罗界，确定各目标跟踪精度的准则；具体为：根据计算得到目标跟踪精度的指标；其中，CCRLB(1,1)和CCRLB(3,3)分别表示贝叶斯克拉美罗界对角线上的第一个和第三个分量。5.根据权利要求4所述的一种基于目标跟踪的相控阵雷达波束和驻留时间联合分配办法，其特征在于，步骤S3所述资源管控优化函数表达式为：其中，表示Q个1组成的行向量，ΔTk表示各个目标上驻留时间组成的T列向量，ΔTk＝[ΔT1,k,ΔT2,k,…,ΔTQ,k]；ΔTmin和ΔTmax分别为驻留时间ΔTq,k的上界和下界；Sk为k时刻用于跟踪的波束数量；Ttrack为k时刻用于跟踪的总时间；η表示目标跟踪门限。6.根据权利要求5所述的一种基于目标跟踪的相控阵雷达波束和驻留时间联合分配办法，其特征在于，步骤S3所述的根据最优化算法，得到波束和驻留时间的分配结果，具体为：首先对k时刻每个目标的先验求逆得：其中，为目标的先