针对目标起伏和机动特性的雷达鲁棒跟踪 | 田卫明,方琳琳,王锐等

Tian W M, Fang L L, Wang R, et al. A robust tracking method focusing on target fluctuation and maneuver characteristics. Sci China Inf Sci, 2022, 65(11): 212302

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研究意义

飞鸟目标的有效监测对于机场鸟击防范和鸟类迁飞机理的研究等具有重要意义。雷达具有全天候、全天时、大空域监测的优势，是探测飞鸟目标的有效手段。但是，飞鸟目标独特的散射和运动特性对实现雷达稳定跟踪带来了巨大挑战，主要存在以下难点：

(1) 受雷达观测角度、电磁频率和目标姿态等多种因素影响，飞鸟目标的回波功率通常表现为随机不规律的起伏，导致目标量测易丢失而出现航迹中断。

(2) 目标运动灵活，预先设定的滤波模型参数难以实时匹配目标运动特性，导致跟踪精度低。

检测跟踪联合优化方法可将跟踪滤波器输出的目标位置估计值和协方差矩阵反馈到检测器，通过降低量测丢失概率来提高起伏目标航迹质量。但是，在现有方法中，所建立的检测性能表达式均基于Swerling型目标，不适用于飞鸟目标回波功率的起伏特性，并且滤波模型只适用于非机动场景，而飞鸟目标运动灵活，若跟踪滤波参数不能对机动进行快速响应，会导致预测跟踪波门中心位置误差增大，难以实现最优的检测跟踪性能。

本文工作

为解决上述问题，本文提出了一种针对目标起伏和机动特性的自适应鲁棒跟踪方法，处理流程如1所示。首先，建立基于飞鸟目标回波功率起伏模型的检测性能表达式，以跟踪误差最小为优化准则，搜索预测跟踪波门内的最优检测门限，进而重构量测集合；然后，基于量测来源约束及最优检测参数，对多假设数据关联环节的假设生成和假设概率计算进行修正；最后，采用自适应参数当前统计滤波模型以适应灵活机动的运动轨迹，在低运算量的前提下保证多机动目标的跟踪精度。

图 1 自适应鲁棒跟踪方法处理流程

实验结果

基于Ku波段雷达采集的飞鸟目标实测回波数据，对本文所提方法的跟踪有效性进行验证，两种场景下的跟踪结果对比分别如图2和3所示。对于传统MHT方法，一旦由于目标的回波功率有起伏而出现漏检，将会直接导致航迹中断，并且增加了错误关联的概率，难以形成长时间的稳定航迹。对于本文所提方法，当发生漏检时，能够基于跟踪模块反馈的目标航迹信息，通过量测集重构处理补充出部分丢失的量测点迹，从而减少航迹中断次数，有效提高实际场景中飞鸟目标的航迹质量，进而为鸟类目标的种群活动规律分析、生物学参数反演以及迁飞机理研究等提供更加准确的数据支撑。

图2 场景1跟踪结果对比

图3 场景2跟踪结果对比

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