純距離雷達組網單目標聚類定位方法
【專利摘要】本發明公開一種純距離雷達組網單目標定位方法，解決在雷達組網對單目標進行定位的過程中，傳統的野值識別方法不適合動態情況且實時性較差的問題。主要步驟包括：(1)對組網雷達進行組合進而獲得交點坐標；(2)通過交點的距離和確定該交點所處位置的密集程度；(3)將交點的密集程度與聚類檢測門限相比較，進而完成野值點識別及目標的定位。同傳統方法相比，本發明易于工程實現且實時性、準確性較高，可以有效提高目標的定位精度。
【專利說明】
純距離雷達組網單目標聚類定位方法
技術領域
[0001] 本發明屬于雷達組網定位技術領域，適用于岸基雷達組網、艦艇編隊雷達組網等 對空中單目標定位的場合;在定位精度要求較低的場合，可直接應用本方法獲得目標位置； 在定位精度要求較高的場合，可將本方法的結果作為估計初值，尤其涉及一種純距離雷達 組網單目標聚類定位方法。
【背景技術】
[0002] 在雷達組網對單目標進行定位的過程中，由于各種客觀因素或主觀操作的影響， 各雷達獲得的目標量測中常常存在野值。雖然野值的數量較少，但卻嚴重降低目標的定位 精度。傳統的野值識別方法如"3 〇"準則、"格羅布斯"準則等，主要是對量測采取事后的批處 理形式。具體而言，在獲得所有的量測以后假定其服從某一分布，然后按照上述準則構造檢 驗統計量進而識別野值。但實際經驗表明，該方法僅適合于靜態情況下對某一固定量進行 野值識別，對于空中機動目標等動態情況并不十分有效；同時該方法采取事后的批處理方 式，不利于目標的實時定位。如果定位算法能夠實時、準確的識別野值，不僅可以對目標進 tx快速定位與跟蹤，同時能夠有效提尚目標的定位精度。

【發明內容】

[0003] 本發明的目的是提出一種純距離雷達組網單目標聚類定位方法，解決以往定位算 法中在動態情況下野值識別率低、實時性差的問題。
[0004] 為實現本發明的目的，本發明提出的純距離雷達組網單目標聚類定位方法包括以 下步驟：
[0005] 步驟1:將某一時刻N(N>3)部雷達接收機心=(&，71廠(1 = 1，2，-_，《測得的目標 距離信息cU送入雷達信號處理計算機；
[0006] 步驟2:初始化
[0007] np為交點數量，初始化np = l;
[0008] nmax為交點數量最大值，
[0009] xQ為聚類檢測門限，取xQe(〇，l);
[0010] ng為密集程度高的交點數量，初始化1^ = 0;
[0011] 步驟3:計算交點坐標
[0012] ⑴任意選擇三部雷達 Rm= (Xm，ym)T、Rn= (xn，yn)T、Rk=(Xk，yk)T;
[0013] ⑵測得關于目標的交點坐標之，攻)、：
0) (2)
[001 6] 其中，Ll = -Xmyk-Xnym+Xnyk+ymXk+ynXm1nXk ;
[0017] - ^1 - + x2m： ~xl +y2m -y2"
[0018] L3 = d； - d；n + xfn - X'l + y2m - v~k ;
[0019] (3)nP = nP+l ；
[0020] (4)循環執行該步驟中（1)~(3)，直至nP = nmax+l結束；
[0021] (5)nP= 1 ；
[0022]步驟4:計算交點的距離和
[0023] (1)交點戈到其他所有交點的距離和為：
(3)
[0025] (2)nP = nP+l ；
[0026] (3)循環執行該步驟中（1)~(2)，直至nP = nmax+l結束；
[0027] (4)nP= 1 ；
[0028] 步驟5:基于聚類方法的野值點識別
[0029] (1)初始化最小距離和Dmin = Dnp;
[0030] (2)比較Dmin、Av的大小，并對Dmin賦值：
[0031] = ) (4)
[0032] (3)nP = nP+l ；
[0033] (4)循環執行該步驟中（2)~(3)，直至nP = nmax+l結束；
[0034] (5)nP= 1 ；
[0035] (6)交點所處位置的交點密集程度用下式計算
(5)
[0037] (7)如果y np<xQ，將氣視為野值點，且記相反，ng = ng+l;
[0038] (8)nP = nP+l ；
[0039] (9)循環執行該步驟中（6)~(8)，直至nP = nmax+l結束；
[0040] 步驟6:估計目標位置
[0041] 目標估計位置=(毛,叉)1用下式計算 L0043J由此完成對目標的定位。 (6)
[0044] 和【背景技術】相比，本發明的有益效果說明：（1)野值識別方法的改變;傳統的野值 識別方法是直接對量測進行識別，本發明采用數據轉換的方法首先將量測轉換為目標的交 點，根據交點之間的密集程度進行野值識別；（2)野值識別效率的提高;傳統的野值識別方 法采取批處理的形式，本發明提出的方法在各雷達獲得目標的單次量測后即可進行野值識 另IJ，實時性得到提高；（3)野值識別范圍的擴展;對于傳統方法無法識別的野值，本發明可以 根據傳感器數量的多少自適應調整聚類檢測門限，進而科學確定野值的范圍；（4)目標定位 精度的改善;傳統的野值識別方法由于不適合動態場合等因素導致算法的定位精度并不理 想，而本發明提出的聚類定位方法可以有效提高目標的定位精度。
【附圖說明】
[0045] 附圖1是本發明的純距離雷達組網單目標聚類定位方法的步驟流程圖；
[0046] 附圖2是本發明方法對目標單次測量后的定位結果圖；
[0047]附圖3是本發明方法和傳統基于3〇準則在野值識別后的定位結果對比圖；
[0048]附圖4是本發明方法和傳統基于3〇準則在野值識別后的定位精度對比圖。
【具體實施方式】
[0049] 下面結合附圖對本發明的純距離雷達組網單目標聚類定位方法進行詳細描述。
[0050] 實施條件:假設組網雷達的數量N = 5,各雷達位置分別為:1^=(-20,30)\1?2=(0， 0)\辦=(15，10)\1?4=(30,0)^ 5=(60，15)7(單位:1〇11);各雷達測距精度相同，且設其值 為〇d = 0 ? 1 km;目標當前位置設為T = (40，60)Tkm;取聚類檢測門限xQ = 0 ? 6。
[0051] 根據上述條件，本發明的具體步驟如附圖1所示。具體如下：
[0052] 步驟1:將某一時刻N(N>3)部雷達接收機心=(^#)% = 1，2，"_，《測得的目標 距離信息cU送入雷達信號處理計算機；
[0053]步驟2:初始化
[0054] nP為交點數量，初始化nP = l;
[0055] nmax為交點數量最大值，g :;
[0056] xQ為聚類檢測門限，取xQe (〇, 1);
[0057] ng為密集程度高的交點數量，初始化~ = 0;
[0058]步驟3:計算交點坐標
[0059] (1)任意選擇三部雷達1?111=(叉111，5^)1、1^=(叉11，5^) 1、1^=(叉1{，5^)1;
[0060] (2)測得關于目標的交點坐標,義jT :
[0061 ] 上述三部雷達的距離量測分別為(^、(^^^，可得到如下方程組： (XW ^ ^np ^ _ )\,p ^
[0062] ^ -i"；_ F +fvn -yn}^d； (1) ^ (x^_ ^np)" + \yt ~ y"p / ^ dl [0063] 將上式整理成如下矩陣形式：
[0064] XrLi -B (2) i 廿士 j 「~-A 3V-
[0065] 其中 ； xm-xt ym -yk
[0067]解得：
(3) (4)
[0070] 其中，Ll = -Xmyk-Xnym+Xnyk+ymXk+ynXm1nXk ;
[0071 ] L2. = 4；1 -d2m +.x2m -xl + y；, - yl ；
[0072] h = '4-dX? - yl'
[0073] (3)nP = nP+l ；
[0074] (4)循環執行該步驟中（1)~(3)，直至nP = nmax+l結束；
[0075] (5)nP= 1 ；
[0076] 步驟4:計算交點的距離和
[0077] (1)交點&到其他所有交點的距離和為：
(:5)
[0079] (2)nP = nP+l ；
[0080] (3)循環執行該步驟中（1)~(2)，直至nP = nmax+l結束；
[0081] (4)nP= 1 ；
[0082] 步驟5:基于聚類方法的野值點識別
[0083] ⑴初始化最小距離和0_ = ;
[0084] (2)比較Dmin、\的大小，并對Dmin賦值：
[0085] ￡?mil=min(Dmm,Z>!J (6)
[0086] (3)nP = nP+l ；
[0087] (4)循環執行該步驟中（2)~(3)，直至nP = nmax+l結束，此時便得到Dmin;
[0088] (5)nP=l；
[0089] (6)交點i,,所處位置的交點密集程度用下式計算 (7)
[0091 ]由該式可知，A,p越小，越大；即交點的距離和越小，該交點所處位置的交點密 集程度越大；
[0092] (7)如果& <1。，將衣v視為野值點，且記之，02xl;相反，ng = ng+l;
[0093] XQ的選取同N密切相關，總的原則是:N越大，得到的交點數量nP越大，因此XQ應選取 的大一些才能有效度量交點的密集程度；
[0094] (8)nP = nP+l ；
[0095] (9)循環執行該步驟中（6)~(8)，直至nP = nmax+l結束；
[0096] 此時對所有交點的密集程度均進行了度量，并得到了 ng個密集程度較高的交點集 合；
[0097]步驟6:估計目標位置
[0098]目標估計位置1 用下式計算
(8)
[0100] 即取ng個密集程度較高的交點坐標均值作為目標的估計位置，由此完成對目標的 定位。
[0101] 附圖2為各雷達對目標單次測量后的聚類定位結果。5部雷達對目標的當前定位中 共產生CV = 10個交點，本發明方法識別出1個交點作為野值處理。從直觀結果看，識別出的 野值點與其他交點所呈現的趨勢明顯不同。
[0102] 附圖3為本發明方法和傳統基于3〇準則在野值識別后的定位結果對比圖。兩種方 法均進行200次Monte Carlo仿真，其中圖（a)是本發明的結果圖，圖（b)是基于3〇準則的結 果圖。由圖可見，圖(a)的交點明顯集中在目標位置附近。
[0103] 附圖4為附圖3的均方根誤差(RMS)對比圖。在當前仿真條件下，本發明的定位精度 較3〇準則提高約600m。因此同傳統的野值識別方法相比，本發明的方法更加實時、準確，進 而有效提尚目標的定位精度。
【主權項】
1. 一種純距離雷達組網單目標聚類定位方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1:將某一時刻N(N>3)部雷達接收機心二匕^八^又…^測得的目標距離 信息Cl1送入雷達信號處理計算機； 步驟2:初始化 nP為交點數量，初始化nP=l; nmi?為交點數量最大值，《胃s.= < ; X0為聚類檢測門限，取x〇e(〇，l); ng為密集程度高的交點數量，初始化~=O;(2) nP = nP+l ； (3) 循環執行該步驟中（1)~(2)，直至nP = nmax+l結束； (4) nP = l； 步驟5:基于聚類方法的野值點識別 (1) 初始化最小距離和只Λ = Av ·， (2) 比較Dmin、的大小，并對Dmin賦值：(4) (3) nP = nP+l ； (4) 循環執行該步驟中（2)~(3)，直至nP = nmax+l結束； (5) nP = l； (6) 交點;^所處位置的交點密集程度用下式計算(5) (7) 如果^ <厶'將&視為野值點，且iE相反，ng = ng+1; (8) nP = nP+l ；(9) 循環執行該步驟中（6)~(8)，直至nP = nmax+l結束； 步驟6:估計目標位置 目標估計位i用下式計算(6) 由此完成對目標的定位。
【文檔編號】G01S13/06GK105891814SQ201610031441
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年1月18日
【發明人】王本才, 李發均, 邊保平, 衛國愛, 張祖峰
【申請人】中國人民解放軍空軍預警學院黃陂士官學校