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申请/专利权人：电子科技大学

摘要：本发明属于雷达目标跟踪领域，具体涉及含有多普勒量测信息的双基地雷达目标跟踪系统及方法。本发明提出了一种含多普勒量测信息的双基地雷达目标跟踪方法SF‑BR。该方法利用双基地雷达与目标的几何关系将双程距离量测转换为目标相对于接收节点的单程距离量测，进一步利用单程距离量测和方位角量测对位置信息进行量测转换，同时采用二阶泰勒级数展开的方法分析量测转换过程中引入的误差，并详细推导出转换后量测误差的统计特性。基于上述位置信息的量测转换方法，构建线性量测方程，解决了双程距离和角度量测信息与目标运动状态的非线性问题，结合线性卡尔曼滤波算法获得基于位置滤波的目标状态估计结果，将该状态估计结果作为序贯滤波的预测输入，对多普勒量测进行后续扩展卡尔曼滤波处理，实现位置量测信息和多普勒量测信息的有效融合，从而获得最终的目标状态估计结果，最后引入性能评估指标，针对不同的目标跟踪场景自适应地进行信息反馈。

主权项：1.一种含多普勒量测信息的双基地雷达目标跟踪方法，具体技术方案如下：假设tk-1时刻的目标状态估计为相应的估计误差协方差为Ptk-1。在双基地雷达目标跟踪场景中，假设在tk时刻存在一个发射节点m位于xmtk,ymtk，并有一个接收节点n位于xntk,yntk，接收节点获得的量测信息包括双程距离量测方位角量测和目标的多普勒量测其量测噪声和均是零均值加性高斯白噪声，噪声的标准差分别为和双程距离量测和多普勒量测误差之间的相关系数为ρ。一种含多普勒量测信息的双基地雷达目标跟踪方法从tk-1时刻到tk时刻的滤波步骤如下：步骤1：计算目标相对于接收节点的距离量测值。 其中，表示双程距离量测即目标到发射节点和接收节点的距离之和，Lmntk表示tk时刻接收节点与发射节点之间的距离，如式2所示，atk可以被表示为式3： 步骤2：按如下方式对位置信息进行去偏量测转换。 其中，为去偏量测转换后的位置量测向量，的计算表达式如式5所示，其中各分量均基于量测值计算得到： 步骤3：按照下式计算tk时刻目标的状态预测。 其中，为由tk-1时刻状态估计得到的预测值，Ftk-1为tk-1时刻的状态转移矩阵，Gtk-1为噪声驱动矩阵，为过程噪声的期望值，·T为矩阵的转置运算，xptk,yptk分别为在x,y方向上的预测位置，分别为在x,y方向上的预测速度。预测估计误差协方差表示为：Pptk|tk-1＝Ftk-1Ptk-1FTtk-1+Gtk-1Qtk-1GTtk-17其中，Pptk|tk-1为由tk-1时刻估计误差协方差得到的预测误差协方差，Ptk-1为tk-1时刻的状态估计误差协方差矩阵，Qtk-1为过程噪声协方差矩阵。步骤4：基于位置量测信息的线性卡尔曼滤波。 Kpostk＝Pptk|tk-1[Hpostk]T[Spostk]-19 Ppostk＝[I-KpostkHpostk]Pptk|tk-111其中，为tk时刻位置滤波的目标状态估计结果，Ppostk为tk时刻位置滤波的目标状态估计误差的协方差矩阵，其表达式分别为式12和式13所示： Spostk为位置滤波的新息协方差矩阵，Kpostk为位置滤波过程的卡尔曼增益，为去相关去偏量测转换后的位置量测向量，为去相关去偏量测转换后位置量测向量的误差协方差矩阵，Hpostk为目标运动状态向量与位置量测之间的线性量测矩阵，具体表达式如下式14—16： 其中，xDDCMtk＝xDCMtk,yDDCMtk＝yDCMtk分别是x和y方向上的去相关去偏位置量测，中各元素的具体表达形式如下式17—19： 其中，上式中的一阶和二阶偏导值均基于目标的预测值计算，如式20—22所示：距离的预测值： 方位角的预测值： x,y对Rs,βn的二阶偏导计算表达式如式5所示，一阶偏导计算表达式如下式22所示： 其中，步骤5：基于多普勒量测信息的序贯扩展卡尔曼滤波。 其中，和Pξtk为序贯扩展卡尔曼滤波在时刻tk的输出结果，为去相关多普勒量测的误差方差，Sξtk为序贯滤波的新息协方差，Kξtk为序贯滤波的卡尔曼增益，和Ppostk为当前tk时刻位置滤波的滤波结果，ξtk为去相关处理后的多普勒量测，hξ[·]为相应的非线性量测函数，为基于位置滤波估计结果的hξ[·]近似线性化的量测矩阵，表达式分别如式27—29所示： 其中，是去偏转换后的位置量测误差协方差，表示位置和多普勒量测的误差互协方差，其各元素的计算表达式如式30—31所示： 其中，和的表达式如式22所示。公式29中的表示式中的一阶导数值是基于位置滤波估计状态计算，的表达式如式32所示： 其中，分别是tk时刻目标相对于接收节点和发射节点的方位角，如式33所示： 的计算可以表示为式34： 其中，步骤6：基于性能指标γ的自适应反馈信息，其计算与反馈方式如下式。 其中，γth为评估性能的门限阈值，是tk时刻目标状态估计的反馈输出，Ptk是tk时刻目标状态估计误差协方差矩阵的反馈输出，其作为下一时刻的滤波输入进入下一迭代循环中，为步骤4中位置滤波的目标状态估计结果，为步骤5中序贯滤波的目标状态估计结果，该估计结果即为每一时刻的输出结果。

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