CN114047492A - 一种两维相控阵雷达搜索模式和跟踪模式自动切换方案 - Google Patents

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黄谦德
梁沛涵
李洪涛
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Abstract

本发明公开了一种两维相控阵雷达搜索模式及跟踪模式自动切换方案。该方案适用于两维相控阵雷达搜索加跟踪(TAS)模式。本发明提出了在跟踪多个目标的条件下尽可能保留一定的搜索探测能力，同时在跟踪模式下利用搜索波束探测到的目标信息，实现搜索模式与跟踪模式数据互补，当搜索模式下航迹的航迹质量高于跟踪模式下最小航迹质量时，替换跟踪模式下航迹质量最小的航迹，即搜索模式下的航迹进入跟踪模式，跟踪模式下航迹质量最小的航迹切换为搜索模式，同时，当跟踪波束连续丢失目标次数达到航迹最大丢失次数时，停止跟踪，转为搜索，实现了搜索跟踪两种模式的自动切换，具有较高的工程应用价值。

Description

一种两维相控阵雷达搜索模式和跟踪模式自动切换方案
技术领域
本发明属于雷达数据处理领域。
背景技术
搜索加跟踪(TAS：Track And Search)技术主要利用相控阵天线具有波束扫描的快速性、灵活性与波束形状的捷变能力等特点，以时间交替的方式分配搜索波束和跟踪波束。波束资源和时间资源的分配属于当前反无人机雷达的研究热点。合理的时间资源和波束资源的分配，不仅能够增强多目标探测能力，而且能够提升多目标的跟踪能力。
目前现有的搜索加跟踪(TAS)工作模式切换成果主要包括：专利文献《一种相控阵雷达搜索加跟踪工作模式的实现方法》(申请号：CN201811076232，公开号：CN109164420)主要介绍的是利用降低相控阵雷达TAS工作模式的跟踪波束驻留时间，节省雷达资源；专利文献《基于相控阵雷达搜索和跟踪双目标优化的资源分配方案》(申请号：CN201810057487，公开号：CN108333583)主要介绍的是根据当前分配次数分割当前搜索区域，建立数学优化模型。但是在TAS工作模式下，对跟踪的资源分配还应考虑目标个数、航迹质量等信息，同时可以利用搜索模式的搜索结果来更新跟踪模式下的航迹，实现搜索模式和跟踪模式数据互补。
发明内容
本发明提供一种搜索模式及跟踪模式自动切换方案，该方案首先在搜索模式下建立可靠航迹，并计算航迹质量，对航迹质量较高的航迹分配跟踪波束，进行跟踪。当跟踪容量达到饱和后，比较搜索模式下航迹的航迹质量与跟踪模式下最小航迹质量，如果搜索模式下航迹的航迹质量高于跟踪模式下最小航迹质量，则替换跟踪模式下航迹质量最小的航迹，即搜索模式下的航迹进入跟踪模式，跟踪模式下航迹质量最小的航迹切换为搜索模式，否则该航迹不进入跟踪，继续工作于搜索模式下，从而实现搜索模式与跟踪模式的实时转换。其次，在跟踪模式下，先判断跟踪波束是否探测到目标，如果探测到目标，直接进行航迹更新，航迹连续丢失次数置零；如果跟踪波束没有探测到目标，再判断搜索波束有没有探测到目标，如果搜索波束探测到目标，且是在跟踪波束之后探测到目标，则将这个目标点迹补进航迹队列，航迹连续丢失次数置零，更新航迹，否则舍弃这个点，航迹连续丢失次数加一，其优点在于充分利用搜索模式的探测。最后，判断航迹连续丢失次数是否达到航迹最大丢失次数，如果没有达到最大丢失次数，则将航迹预推一个点，更新航迹，否则退出跟踪模式，进入搜索模式，从而实现搜索模式与跟踪模式实时转换主要步骤如下：
步骤1：初始化参数，在搜索模式下，建立可靠的航迹；
步骤2：计算并更新航迹质量；
步骤3：判断雷达跟踪容量是否有剩余，如果有剩余，则执行5，否则执行步骤4；
步骤4：比较搜索模式下航迹的航迹质量与跟踪模式下最小航迹质量，如果搜索模式下航迹的航迹质量高于跟踪模式下最小航迹质量，则替换跟踪模式下航迹质量最小的航迹，即搜索模式下的航迹进入跟踪模式，跟踪模式下航迹质量最小的航迹切换为搜索模式，否则该航迹不进入跟踪，继续工作于搜索模式下，执行步骤2；
步骤5：分配波束进行跟踪；
步骤6：判断跟踪波束是否探测到目标，如果探测到目标，则将目标点迹加入到航迹队列，航迹连续丢失次数置零，执行步骤9，否则执行步骤7；
步骤7：判断搜索波束是否探测到目标，如果搜索波束探测到目标，且是在跟踪波束之后探测到目标，则将这个目标点迹补进航迹队列，航迹连续丢失次数置零，执行步骤9，否则航迹连续丢失次数加一，执行步骤8；
步骤8：判断航迹连续丢失次数是否达到航迹最大丢失次数，如果没有达到最大丢失次数，则航迹预推一个点，执行步骤9，否则，退出跟踪，进入搜索模式，执行步骤2；
步骤9：更新航迹。
附图说明
图1是搜索加跟踪两种模式切换方案流程图。
图2是搜索模式下数据处理流程图。
图3是搜索模式切换为跟踪模式的流程图。
图4是跟踪模式切换为搜索模式的流程图。
图5是跟踪模式下数据处理流程图。
具体实施方式
本发明提供一种搜索模式及跟踪模式自动切换方案，方案流程图见图1，主要步骤如下：
步骤1：初始化参数，在搜索模式下，建立可靠的航迹，流程图见图2；
步骤2：计算并更新航迹质量；
航迹质量计算公式如下：
航迹质量＝信噪比*权重+连续跟踪次数*权重+(跟踪次数/航迹大小)*权重
其中，信噪比所占权重为0.4，连续跟踪次数所占权重为0.4，跟踪次数/航迹大小所占权重为0.2。
依据上述公式计算每条航迹的航迹质量，将航迹质量依次排序，筛选航迹质量最好的航迹进行跟踪，直至跟踪容量饱和。
步骤3：判断雷达跟踪容量是否有剩余，如果有剩余，则执行5，否则执行步骤4；
步骤4：比较搜索模式下航迹的航迹质量与跟踪模式下最小航迹质量，如果搜索模式下航迹的航迹质量高于跟踪模式下最小航迹质量，则替换跟踪模式下航迹质量最小的航迹，即搜索模式下的航迹进入跟踪模式，跟踪模式下航迹质量最小的航迹切换为搜索模式，否则该航迹不进入跟踪，继续工作于搜索模式下，执行步骤2；
步骤5：分配波束进行跟踪，流程图见图3；
跟踪波束指向取决于目标的实际位置或预测位置，即根据目标的速度、距离、方位、俯仰预测下一时刻目标的位置，再根据目标的预测位置调整波束指向，进行目标跟踪探测。
步骤6：判断跟踪波束是否探测到目标，如果探测到目标，航迹连续丢失次数置零，执行步骤9，否则执行步骤7；
步骤7：判断搜索波束是否探测到目标，如果搜索波束探测到目标，且是在跟踪波束之后探测到目标，则将这个目标点迹补进航迹队列，航迹连续丢失次数置零，执行步骤9，否则航迹连续丢失次数加一，执行步骤8；；
步骤8：判断航迹连续丢失次数是否达到航迹最大丢失次数，如果没有达到最大丢失次数，则将航迹预推一个点，执行步骤9，否则退出跟踪，进入搜索模式，执行步骤2，流程图见图4；
步骤9：更新航迹，流程图见图5。

Claims (6)

1.一种两维相控阵雷达搜索模式及跟踪模式自动切换方案，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：初始化参数，在搜索模式下，建立可靠的航迹；
步骤2：计算并更新航迹质量；
步骤3：判断雷达跟踪容量是否有剩余，如果有剩余，则执行5，否则执行步骤4；
步骤4：比较搜索模式下航迹的航迹质量与跟踪模式下最小航迹质量，如果搜索模式下航迹的航迹质量高于跟踪模式下最小航迹质量，则替换跟踪模式下航迹质量最小的航迹，即搜索模式下的航迹进入跟踪模式，跟踪模式下航迹质量最小的航迹切换为搜索模式，否则该航迹不进入跟踪，继续工作于搜索模式下，执行步骤2；
步骤5：分配波束进行跟踪；
步骤6：判断跟踪波束是否探测到目标，如果探测到目标，则将目标点迹加入到航迹队列，航迹连续丢失次数置零，执行步骤9，否则执行步骤7；
步骤7：判断搜索波束是否探测到目标，如果搜索波束探测到目标，且是在跟踪波束之后探测到目标，则将这个目标点迹补进航迹队列，航迹连续丢失次数置零，执行步骤9，否则航迹连续丢失次数加一，执行步骤8；
步骤8：判断航迹连续丢失次数是否达到航迹最大丢失次数，如果没有达到最大丢失次数，则航迹预推一个点，执行步骤9，否则，退出跟踪，进入搜索模式，执行步骤2；
步骤9：更新航迹。
2.根据权利要求书1中两维相控阵雷达搜索模式及跟踪模式自动切换方案，其特征在于，步骤2中，航迹质量的计算公式如下：
航迹质量＝信噪比*权重+连续跟踪次数*权重+(跟踪次数/航迹大小)*权重
在本发明中，信噪比所占权重为0.4，连续跟踪次数所占权重为0.4，跟踪次数/航迹大小所占权重为0.2；依据上述公式计算每条航迹的航迹质量，将航迹质量依次排序，筛选航迹质量最好的航迹进行跟踪，直至跟踪容量饱和；本发明设置的跟踪容量上限为n，即可同时跟踪n个目标，跟踪容量的设定，可以更合理地分配雷达的时间资源和波束资源，即在尽可能跟踪多个目标的条件下，雷达仍有能力继续探测新目标。
3.根据权利要求书1中两维相控阵雷达搜索模式及跟踪模式自动切换方案，其特征在于，步骤4中，比较搜索模式下航迹的航迹质量与跟踪模式下最小航迹质量，如果搜索模式下航迹的航迹质量高于跟踪模式下最小航迹质量，则替换跟踪模式下航迹质量最小的航迹，即搜索模式下的航迹进入跟踪模式，跟踪模式下航迹质量最小的航迹切换为搜索模式，否则该航迹不进入跟踪，继续工作于搜索模式下，从而实现搜索模式与跟踪模式实时转换。
4.根据权利要求书1中两维相控阵雷达搜索模式及跟踪模式自动切换方案，其特征在于，步骤5中，分配波束进行跟踪，波束跟踪的策略是根据目标的速度、距离、方位、俯仰进行下一时刻目标位置的预测，根据目标的预测位置调整波束指向，进行目标跟踪探测。
5.根据权利要求书1中两维相控阵雷达搜索模式及跟踪模式自动切换方案，其特征在于，步骤6和步骤7中，在跟踪模式下，先判断跟踪波束是否探测到目标，如果探测到目标，直接进行航迹更新，同时航迹连续丢失次数置零；如果跟踪波束没有探测到目标，再判断搜索波束有没有探测到目标，如果搜索波束探测到目标，且是在跟踪波束之后探测到目标，则将这个目标点迹补进航迹队列，航迹连续丢失次数置零，更新航迹；否则舍弃这个点，航迹连续丢失次数加一，其优点在于充分利用搜索模式的探测。
6.根据权利要求书1中两维相控阵雷达搜索模式及跟踪模式自动切换方案，其特征在于，步骤8中，判断航迹连续丢失次数是否达到航迹最大丢失次数，如果没有达到最大丢失次数，则将航迹预推一个点，更新航迹，否则退出跟踪模式，进入搜索模式，从而实现搜索模式与跟踪模式实时转换。
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