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基于元数据的雷达目标检测和跟踪研究

金加根  
【摘要】:防空雷达预警监视系统是军民应用领域中一个重要的系统,对人类的生活和国家安全有着深刻的影响。特别是军用情报雷达面临着许多威胁,存在着一些尚未解决的难题,典型的难题是“弱小”目标的检测和机动目标的跟踪。防空雷达预警监视系统作为一个信息融合系统,同其它的融合系统一样,系统中的服务没有进行有效的管理、服务中的算法性能需进一步提升、巨量数据无法在不同层次之间共享。相关研究表明,元数据可对服务进行有效的管理,可对数据实现共享。目前,元数据与防空雷达预警监视系统相融合的研究相对较少。本论文结合国家自然科学基金、国际合作项目和军内合作项目,研究了元数据与防空雷达预警监视系统的融合模型,并针对雷达目标检测和目标跟踪算法进行研究,提出了基于元数据的新算法。本文的主要研究内容有:1)提出元数据与防空雷达预警监视系统的融合模型。在防空雷达预警监视系统中,服务是最基本的单元。从服务外部出发,提出了元数据与防空雷达预警监视系统的融合框架,以及根据语义相似度的服务重组。从服务内部出发,提出元数据与算法的两种融合方式,即逻辑运算和概率运算方式,提高相应算法的性能。元数据与防空雷达预警监视系统的融合框架,以及元数据与算法融合方式构成了元数据与防空雷达预警监视系统的融合模型。2)针对“弱小”目标,根据元数据与算法的逻辑运算融合方式,提出元数据与常规目标检测算法相融合的新算法。在本论文中,首先降低目标检测门限,然后利用回波信号的7种处理前或处理后的特征,建立检测元数据,并进行逻辑值化。元数据的逻辑值与常规目标检测结果的逻辑值进行逻辑与运算,去除虚警点,使雷达对“弱小”目标的检测概率平均提高10%左右。本文的方法是检测前跟踪算法(TBD)的扩展,TBD算法采用航迹形成的方法去除杂波点,而本文采用目标回波特征,进行杂波点迹抑制。3)针对交叉或机动飞行目标,根据元数据与算法的概率运算融合方式,提出元数据与数据关联算法相融合的新算法。对于机动目标,将观测误差看成目标的真实机动,构建新的目标机动位置模型。依据此模型计算航迹元数据的机动位置值。在本论文中,利用4种航迹运动特性和点迹回波特征,建立航迹元数据。在数据关联出现模糊时,选择航迹元数据的关联概率总和最大的配对组,避免出现关联错误,从而提高数据关联算法的正确率,实现对飞行目标连续正确的跟踪。论文运用某次实际的机动飞行表演数据对算法进行了验证。本文的方法是特征辅助数据互联算法的扩展,特征辅助数据关联算法主要考虑幅度、多普勒频移、极化、图像等方面,而本文主要考虑是从回波信号多特征的综合辅助。4)根据元数据与防空雷达预警监视系统的融合框架,开发基于元数据的原型系统。在原型系统中应用前面提出的基于元数据的目标检测和跟踪算法,并通过元数据语义相似度的融合方式,进行服务的重组。原型系统首次采用基于通用计算机的软件化方案。原型系统通过两步实现服务的重组。第一步是根据系统的任务需求确定工作流程,第二步利用服务元数据的语义相似度,运用整数规划方法进行服务的选择。最后论文开展了相关的模拟实验,及实际采集数据的验证。


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