雷达数据处理中的航迹相关
|
摘要
雷达数据处理是空中交通管制系统中的关键技术，它接收雷达传感器获取的数据并进行相应的处理，形成表示目标运动轨迹的航迹，提供目标的位置，速度，机动情况和属性识别，对目标进行跟踪和监视。在本文中，我们主要讨论了雷达数据处理中的航迹相关问题，它是将雷达传感器所获取的观测和已有的航迹正确配对的问题，是雷达数据处理中的关键步骤。
航迹相关算法中的两个主要方面是确定正确的相关波门形状大小和航迹观测配对算法。相关波门是以航迹预测值为中心的一个空域，它是航迹相关的第一个部分。相关波门形状大小应该使与航迹相关的观测落入波门内的概率很高，同时又要减少与航迹无关的观测和虚假观测。相关波门的形状大小取决于系统的随机误差，目标的运动速度，目标的机动规律，雷达的扫描周期，外推算法等因素。本文讨论了航迹相关波门的形状大小的确定。航迹配对算法是将落入航迹相关波门内的观测和航迹进行正确配对的算法。我们讨论了最近邻域法(NN)，这种配对算法只考虑了航迹和观测之间距离的因素，根据实际应用环境中不同雷达的性质，我们在最近邻域法算法的基础上，增加了雷达数据中一些目标属性的相关规则计算以得到最准确的配对结果。
随后我们讨论了在多传感器多目标环境中，由多个传感器获取的同一目标的观测融合而成的系统航迹和单雷达航迹的相关问题。由于各部单雷达报告的数据类型，周期等都有很大差别及地理分布位置的不同，使多雷达数据处理中的相关处理变得很复杂，本文给出了一种比较实用的单雷达航迹和系统航迹相关的算法，该算法消除了实际应用中出现的航迹相关错误，在实际实用中取得了良好的效果，
最后我们讨论了和航迹相关密切联系的航迹融合中的融合加权系
数计算方法。在多雷达数据处理中，并不是每一部单雷达的航迹跟踪都是
用Kalman滤波完成，在这种情况下不能用Kaiman滤波估计误差的均方
差来计算航迹质量因子，我们给出了一种航迹质量因子的计算方法。实际
使用表明该算法有效可靠。
本文讨论的部分算法己经在新一代的空中交通管制系统中得到了
实用，获得了较好的效果。
Radar Data Processing (RDP) is critical technology in Air Traffic Control (ATC) System. RDP receive observation from sensor and processing radar data to tracking target. RDP provide position, velocity, characters and maneuver of target. In this thesis, we discuss tracks correlation in RDP. Tracks correlation pair correctly observation and exist tracks, it is key step in RDP.
In tracks correlation, it is most important that design a correct correlation gate size and pairing algorithm for observation and tracks. Correlation gate is an area which center is prediction of tracks. It is the first part of the tracks correlation. It is should be high probability for observation correlated with tracks satisfy the correlation gate size. Correlation gate size is determined by measurement noise, the maneuver of target, the cycle of radar scanning, extrapolate algorithm etc. In the thesis, we discuss how to design a correlation gate.
Pairing algorithm pair correctly observation in correlation gate and exist tracks. We discuss two pairing algorithm: optimal pairing algorithm and suboptimal pairing algorithm. Optimal pairing algorithm minimizes the
summed total distance of observation and correlated track. The optimal pairing algorithm improves performance of track correlation and tracking. But the algorithm is complex. The suboptimal pairing algorithm is simpler than optimal algorithm. But it is not guaranteed to be optimal for all conditions.
At last we discuss tracks correlation in multi-sensor multi-target condition. In the condition the tracks correlation is that correlation of system tracks fusion by radar tracks and radar tracks. The tracks correlation is difference between single-sensor conditions and multi-sensor condition. We propose a practical algorithm for tracks correlation in multi-sensor multi-target condition.
The algorithms we discuss above had already applied in Air Traffic Control System and get a good effect.
航迹相关算法中的两个主要方面是确定正确的相关波门形状大小和航迹观测配对算法。相关波门是以航迹预测值为中心的一个空域，它是航迹相关的第一个部分。相关波门形状大小应该使与航迹相关的观测落入波门内的概率很高，同时又要减少与航迹无关的观测和虚假观测。相关波门的形状大小取决于系统的随机误差，目标的运动速度，目标的机动规律，雷达的扫描周期，外推算法等因素。本文讨论了航迹相关波门的形状大小的确定。航迹配对算法是将落入航迹相关波门内的观测和航迹进行正确配对的算法。我们讨论了最近邻域法(NN)，这种配对算法只考虑了航迹和观测之间距离的因素，根据实际应用环境中不同雷达的性质，我们在最近邻域法算法的基础上，增加了雷达数据中一些目标属性的相关规则计算以得到最准确的配对结果。
随后我们讨论了在多传感器多目标环境中，由多个传感器获取的同一目标的观测融合而成的系统航迹和单雷达航迹的相关问题。由于各部单雷达报告的数据类型，周期等都有很大差别及地理分布位置的不同，使多雷达数据处理中的相关处理变得很复杂，本文给出了一种比较实用的单雷达航迹和系统航迹相关的算法，该算法消除了实际应用中出现的航迹相关错误，在实际实用中取得了良好的效果，
最后我们讨论了和航迹相关密切联系的航迹融合中的融合加权系
数计算方法。在多雷达数据处理中，并不是每一部单雷达的航迹跟踪都是
用Kalman滤波完成，在这种情况下不能用Kaiman滤波估计误差的均方
差来计算航迹质量因子，我们给出了一种航迹质量因子的计算方法。实际
使用表明该算法有效可靠。
本文讨论的部分算法己经在新一代的空中交通管制系统中得到了
实用，获得了较好的效果。
Radar Data Processing (RDP) is critical technology in Air Traffic Control (ATC) System. RDP receive observation from sensor and processing radar data to tracking target. RDP provide position, velocity, characters and maneuver of target. In this thesis, we discuss tracks correlation in RDP. Tracks correlation pair correctly observation and exist tracks, it is key step in RDP.
In tracks correlation, it is most important that design a correct correlation gate size and pairing algorithm for observation and tracks. Correlation gate is an area which center is prediction of tracks. It is the first part of the tracks correlation. It is should be high probability for observation correlated with tracks satisfy the correlation gate size. Correlation gate size is determined by measurement noise, the maneuver of target, the cycle of radar scanning, extrapolate algorithm etc. In the thesis, we discuss how to design a correlation gate.
Pairing algorithm pair correctly observation in correlation gate and exist tracks. We discuss two pairing algorithm: optimal pairing algorithm and suboptimal pairing algorithm. Optimal pairing algorithm minimizes the
summed total distance of observation and correlated track. The optimal pairing algorithm improves performance of track correlation and tracking. But the algorithm is complex. The suboptimal pairing algorithm is simpler than optimal algorithm. But it is not guaranteed to be optimal for all conditions.
At last we discuss tracks correlation in multi-sensor multi-target condition. In the condition the tracks correlation is that correlation of system tracks fusion by radar tracks and radar tracks. The tracks correlation is difference between single-sensor conditions and multi-sensor condition. We propose a practical algorithm for tracks correlation in multi-sensor multi-target condition.
The algorithms we discuss above had already applied in Air Traffic Control System and get a good effect.
引文
[1] A.Farina and F.A. Studer 雷达数据处理(第一卷) 国防工业出版社 1985
[2] Samuel S. Blackman Multiple-Target Tracking with Radar Applications Ⅰ ARTECH HOUSE INC. 1986
[3] 伊藤清 《随机过程》上海科学技术出版社 1961
[4] 蔡希尧 《雷达系统概论》 科学出版社 1983
[5] 刘晓石 陈鸿建 何腊梅 《概率论与数理统计》 科学出版社 2000
[6] 邓建中 刘之行 《计算方法》 西安交通大学出版社 2001
[7] 丁丽娟 《数值计算方法》 北京理工大学出版社 1997
[8] 何友 唐劲松 王国鸿 多雷达综合跟踪 电子学学刊 1996 18(3)
[9] M．诺顿 《现代控制理论》科学出版社 1979
[10] A.Farina and F.A Studer RADAR DATA PROCESSING Ⅱ Research Studies Press LTD 1985
[11] Samuel S. Blackman Multiple-Target Tracking with Radar Applications Ⅱ ARTECH HOUSE INC. 1986
[12] Yaakov Bar-Shalom Tracking and Data Association ACADEMIC PRESS INC. Harcourt Brace Jovanovich, Publishers.
[13] 丁玉美 高西全 彭学愚 《数字信号处理》 西安电子科大出版社 1997
[14] Kay A Robbins Steven Robbins 《实用UNIX编程》机械工业出版社 1999
[15] W.Richard Stevens 《Advanced Programming in the UNIX Environment》机械工业出版社 2000
[16] Zhang, Y.Lo,T Litva,J.《An efficient decentralized multiradar multitarget tracker for air surveillance》IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems,33(1997),1457-1363.
[17] Y..Bar-Shalom Li,X,R. 《Multitarget-Multisensor Tracking: Principles and Techniques. Storrs. CT: YBS 1995
[18] 陈绪华 《建立中国自动相关监视系统探讨》 民航经济与技术 1997—4
[19] 段和明 《讨论我国空中交通管理流量问题》 民航经济与技术 1997—3
[20] 孙仲康 《雷达数据数字处理》 国防工业出版社 1983
[21] 刘高峰 《多目标航迹处理中相关波门的确定》 火力与指挥控制 1995—2
[22] R.GSinger, ete.,Computer control of multiple site track correlation.Automation Vol. 7pp:455-463 1971
[23] Y.Bar-Shalom,ete.,The effect of common process noise on the two sensors fuesd-track covariance IEEE Trans. On AES 22(6):803-805 1986
[2] Samuel S. Blackman Multiple-Target Tracking with Radar Applications Ⅰ ARTECH HOUSE INC. 1986
[3] 伊藤清 《随机过程》上海科学技术出版社 1961
[4] 蔡希尧 《雷达系统概论》 科学出版社 1983
[5] 刘晓石 陈鸿建 何腊梅 《概率论与数理统计》 科学出版社 2000
[6] 邓建中 刘之行 《计算方法》 西安交通大学出版社 2001
[7] 丁丽娟 《数值计算方法》 北京理工大学出版社 1997
[8] 何友 唐劲松 王国鸿 多雷达综合跟踪 电子学学刊 1996 18(3)
[9] M．诺顿 《现代控制理论》科学出版社 1979
[10] A.Farina and F.A Studer RADAR DATA PROCESSING Ⅱ Research Studies Press LTD 1985
[11] Samuel S. Blackman Multiple-Target Tracking with Radar Applications Ⅱ ARTECH HOUSE INC. 1986
[12] Yaakov Bar-Shalom Tracking and Data Association ACADEMIC PRESS INC. Harcourt Brace Jovanovich, Publishers.
[13] 丁玉美 高西全 彭学愚 《数字信号处理》 西安电子科大出版社 1997
[14] Kay A Robbins Steven Robbins 《实用UNIX编程》机械工业出版社 1999
[15] W.Richard Stevens 《Advanced Programming in the UNIX Environment》机械工业出版社 2000
[16] Zhang, Y.Lo,T Litva,J.《An efficient decentralized multiradar multitarget tracker for air surveillance》IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems,33(1997),1457-1363.
[17] Y..Bar-Shalom Li,X,R. 《Multitarget-Multisensor Tracking: Principles and Techniques. Storrs. CT: YBS 1995
[18] 陈绪华 《建立中国自动相关监视系统探讨》 民航经济与技术 1997—4
[19] 段和明 《讨论我国空中交通管理流量问题》 民航经济与技术 1997—3
[20] 孙仲康 《雷达数据数字处理》 国防工业出版社 1983
[21] 刘高峰 《多目标航迹处理中相关波门的确定》 火力与指挥控制 1995—2
[22] R.GSinger, ete.,Computer control of multiple site track correlation.Automation Vol. 7pp:455-463 1971
[23] Y.Bar-Shalom,ete.,The effect of common process noise on the two sensors fuesd-track covariance IEEE Trans. On AES 22(6):803-805 1986