純距離雷達組網(wǎng)單目標(biāo)聚類定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種純距離雷達組網(wǎng)單目標(biāo)定位方法，解決在雷達組網(wǎng)對單目標(biāo)進行定位的過程中，傳統(tǒng)的野值識別方法不適合動態(tài)情況且實時性較差的問題。主要步驟包括：(1)對組網(wǎng)雷達進行組合進而獲得交點坐標(biāo)；(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(biāo)的定位。同傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明易于工程實現(xiàn)且實時性、準確性較高，可以有效提高目標(biāo)的定位精度。
【專利說明】
純距離雷達組網(wǎng)單目標(biāo)聚類定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于雷達組網(wǎng)定位技術(shù)領(lǐng)域，適用于岸基雷達組網(wǎng)、艦艇編隊雷達組網(wǎng)等 對空中單目標(biāo)定位的場合;在定位精度要求較低的場合，可直接應(yīng)用本方法獲得目標(biāo)位置； 在定位精度要求較高的場合，可將本方法的結(jié)果作為估計初值，尤其涉及一種純距離雷達 組網(wǎng)單目標(biāo)聚類定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在雷達組網(wǎng)對單目標(biāo)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(biāo)量測中常常存在野值。雖然野值的數(shù)量較少，但卻嚴重降低目標(biāo)的定位 精度。傳統(tǒng)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(gòu)造檢 驗統(tǒng)計量進而識別野值。但實際經(jīng)驗表明，該方法僅適合于靜態(tài)情況下對某一固定量進行 野值識別，對于空中機動目標(biāo)等動態(tài)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(biāo)的實時定位。如果定位算法能夠?qū)崟r、準確的識別野值，不僅可以對目標(biāo)進 tx快速定位與跟蹤，同時能夠有效提尚目標(biāo)的定位精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提出一種純距離雷達組網(wǎng)單目標(biāo)聚類定位方法，解決以往定位算 法中在動態(tài)情況下野值識別率低、實時性差的問題。
[0004] 為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提出的純距離雷達組網(wǎng)單目標(biāo)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(biāo) 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(shù)量，初始化np = l;
[0008] nmax為交點數(shù)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(shù)量，初始化1^ = 0;
[0011] 步驟3:計算交點坐標(biāo)
[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(guān)于目標(biāo)的交點坐標(biāo)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(huán)執(zhí)行該步驟中（1)~(3)，直至nP = nmax+l結(jié)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(huán)執(zhí)行該步驟中（1)~(2)，直至nP = nmax+l結(jié)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(huán)執(zhí)行該步驟中（2)~(3)，直至nP = nmax+l結(jié)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(huán)執(zhí)行該步驟中（6)~(8)，直至nP = nmax+l結(jié)束；
[0040] 步驟6:估計目標(biāo)位置
[0041] 目標(biāo)估計位置=(毛,叉)1用下式計算 L0043J由此完成對目標(biāo)的定位。 (6)
[0044] 和【背景技術(shù)】相比，本發(fā)明的有益效果說明：（1)野值識別方法的改變;傳統(tǒng)的野值 識別方法是直接對量測進行識別，本發(fā)明采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法首先將量測轉(zhuǎn)換為目標(biāo)的交 點，根據(jù)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(tǒng)的野值識別方 法采取批處理的形式，本發(fā)明提出的方法在各雷達獲得目標(biāo)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(tǒng)方法無法識別的野值，本發(fā)明可以 根據(jù)傳感器數(shù)量的多少自適應(yīng)調(diào)整聚類檢測門限，進而科學(xué)確定野值的范圍；（4)目標(biāo)定位 精度的改善;傳統(tǒng)的野值識別方法由于不適合動態(tài)場合等因素導(dǎo)致算法的定位精度并不理 想，而本發(fā)明提出的聚類定位方法可以有效提高目標(biāo)的定位精度。
【附圖說明】
[0045] 附圖1是本發(fā)明的純距離雷達組網(wǎng)單目標(biāo)聚類定位方法的步驟流程圖；
[0046] 附圖2是本發(fā)明方法對目標(biāo)單次測量后的定位結(jié)果圖；
[0047]附圖3是本發(fā)明方法和傳統(tǒng)基于3〇準則在野值識別后的定位結(jié)果對比圖；
[0048]附圖4是本發(fā)明方法和傳統(tǒng)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(jié)合附圖對本發(fā)明的純距離雷達組網(wǎng)單目標(biāo)聚類定位方法進行詳細描述。
[0050] 實施條件:假設(shè)組網(wǎng)雷達的數(shù)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(shè)其值 為〇d = 0 ? 1 km;目標(biāo)當(dāng)前位置設(shè)為T = (40，60)Tkm;取聚類檢測門限xQ = 0 ? 6。
[0051] 根據(jù)上述條件，本發(fā)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(biāo) 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(shù)量，初始化nP = l;
[0055] nmax為交點數(shù)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(shù)量，初始化~ = 0;
[0058]步驟3:計算交點坐標(biāo)
[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(guān)于目標(biāo)的交點坐標(biāo),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(huán)執(zhí)行該步驟中（1)~(3)，直至nP = nmax+l結(jié)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(huán)執(zhí)行該步驟中（1)~(2)，直至nP = nmax+l結(jié)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(huán)執(zhí)行該步驟中（2)~(3)，直至nP = nmax+l結(jié)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(guān)，總的原則是:N越大，得到的交點數(shù)量nP越大，因此XQ應(yīng)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(huán)執(zhí)行該步驟中（6)~(8)，直至nP = nmax+l結(jié)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(biāo)位置
[0098]目標(biāo)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(biāo)均值作為目標(biāo)的估計位置，由此完成對目標(biāo)的 定位。
[0101] 附圖2為各雷達對目標(biāo)單次測量后的聚類定位結(jié)果。5部雷達對目標(biāo)的當(dāng)前定位中 共產(chǎn)生CV = 10個交點，本發(fā)明方法識別出1個交點作為野值處理。從直觀結(jié)果看，識別出的 野值點與其他交點所呈現(xiàn)的趨勢明顯不同。
[0102] 附圖3為本發(fā)明方法和傳統(tǒng)基于3〇準則在野值識別后的定位結(jié)果對比圖。兩種方 法均進行200次Monte Carlo仿真，其中圖（a)是本發(fā)明的結(jié)果圖，圖（b)是基于3〇準則的結(jié) 果圖。由圖可見，圖(a)的交點明顯集中在目標(biāo)位置附近。
[0103] 附圖4為附圖3的均方根誤差(RMS)對比圖。在當(dāng)前仿真條件下，本發(fā)明的定位精度 較3〇準則提高約600m。因此同傳統(tǒng)的野值識別方法相比，本發(fā)明的方法更加實時、準確，進 而有效提尚目標(biāo)的定位精度。
【主權(quán)項】
1. 一種純距離雷達組網(wǎng)單目標(biāo)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(biāo)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(shù)量，初始化nP=l; nmi?為交點數(shù)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(shù)量，初始化~=O;(2) nP = nP+l ； (3) 循環(huán)執(zhí)行該步驟中（1)~(2)，直至nP = nmax+l結(jié)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(huán)執(zhí)行該步驟中（2)~(3)，直至nP = nmax+l結(jié)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(huán)執(zhí)行該步驟中（6)~(8)，直至nP = nmax+l結(jié)束； 步驟6:估計目標(biāo)位置 目標(biāo)估計位i用下式計算(6) 由此完成對目標(biāo)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(fā)明人】王本才, 李發(fā)均, 邊保平, 衛(wèi)國愛, 張祖峰
【申請人】中國人民解放軍空軍預(yù)警學(xué)院黃陂士官學(xué)校