自动跟踪的局限性

时间：2022-11-06 百科知识版权反馈

【摘要】：目前ARPA均采用α β 跟踪滤波器实现对目标的自动跟踪。如果在10次天线扫描中，有5次检测到目标回波，则恢复自动跟踪；否则，ARPA将自动取消对该目标跟踪。跟踪窗内出现两个或两个以上分开的目标回波时，ARPA只跟踪最接近跟踪窗中心的目标回波。如果跟踪窗内有5个以上清晰可辨的回波，为避免跟踪恶化，力求减小发生目标变换的可能性，ARPA不予标绘。

子模块三　自动跟踪的局限性

学习目标：掌握目标自动跟踪的局限性。

重点难点：目标丢失、目标调换、处理延时。

目前ARPA均采用α −β 跟踪滤波器实现对目标的自动跟踪。其构成简单，易于实现。但还存在一些局限性，其中最主要的是跟踪过程中的目标丢失和目标调换两大问题。

一、目标丢失

目标丢失：ARPA系统中失去目标实测数据，造成已跟踪目标发生跟踪中断。原因是多方面的，下面介绍最常见的原因。

（一）目标回波信号变弱

目标远离本船、传播衰减增大、目标反射截面减小等原因都可能使回波信号变弱。或者目标进入雷达阴影区域或被大目标遮挡，此时雷达探测不到目标，无实测数据，于是在自动检测环节不能满足MOON的判定条件而无法送出发现目标的信号。

（二）目标进入强干扰区

例如，当目标进入海浪区，检测的目标面积将是目标回波与干扰回波的合成。当回波中心从目标移到杂波干扰上时，就会造成目标丢失。

（三）目标大幅度快速机动

α −β 跟踪滤波器是以目标作等速直线运动为前提的。如果目标速度幅度变化足够小，目标作曲线机动尚可将目标曲线非匀速运动以等速直线运动来近似。但是，一旦目标发生了大幅度快速机动，例如：水上飞机大幅度急转弯时，跟踪几乎是100%地失败。

（四）雷达测量或ARPA数据处理环节出现特大误差

雷达测量特大误差，使实测位置或预测位置出现特大误差，导致跟踪窗内搜索不到目标回波。

目标丢失、跟踪中断时，ARPA将发出“目标丢失”报警，跟踪波门将按原速、原方向滑行，并扩大波门尺寸搜索。如果在10次天线扫描中，有5次检测到目标回波，则恢复自动跟踪；否则，ARPA将自动取消对该目标跟踪。

二、目标调换

目标调换（Target Swop）也称误跟踪，是指在跟踪波门内出现两个或两个以上目标回波时，ARPA计算的回波几何中心（或重心）是两个或两个以上目标回波一起构成的图像分布的几何中心。该中心从原来跟踪的目标移到另一个目标回波上导致错误跟踪。在船舶密集水域或沿岸航行时经常发生误跟踪现象。

（一）常见的目标调换现象发生在下列几种情况下

（1）被跟踪的目标进入强海浪区，ARPA会错误地跟踪海浪回波，而停止对原目标的跟踪。

（2）被跟踪的弱反射目标运动到未被跟踪的强反射目标附近，尤其当原被跟踪的弱反射目标改向时，ARPA将跟踪到强反射目标上。如图6-18所示，T₁为原被跟踪目标，但是其回波较弱，T₂为原未被跟踪目标，但是其回波较强，T₁转向后被T₂挡住，从而跟踪窗跟踪T₂而放弃跟踪T₁。

（3）两个靠得较近、同向行驶的目标，当被跟踪的目标之一在前方某处转向时，则可能因跟踪波门的滑行（亦称“惯性外推”）而错误地跟踪到另一个保向航行的目标上。如图6-19所示，目标T₁是要跟踪捕捉的目标，目标T₂是未捕捉的目标，由于两目标距离较近，又长时间同向航行，处于同一个跟踪窗内，跟踪器将其当作同一个目标进行处理，如果T₁突然发生转向，目标分离，跟踪窗内只剩下目标T₂，此时将失去目标T₁而跟踪目标T₂。

图6-18　目标被强发射目标遮挡

图6-19　同向行驶近距目标

（4）两个被跟踪的目标对驶靠近。

（5）在某时刻同时进入一个跟踪窗，则可能发生相互调换跟踪。如果两个目标是一大一小，则可能跟踪到大目标上，而小目标则被中断跟踪。如所图6-20示，两目标均是被跟踪目标，当两目标距离很近时，跟踪窗发生重叠，此时两跟踪窗就可能发生目标交换，即目标T₁前一段数据与目标T₂的后一段数据作为同一组数据，并作为目标T₂的数据显示在目标T₁上。同样，目标T₂前一段数据与目标T₁的后一段数据作为同一组数据，并作为目标T₂的数据显示在目标T₂上。而上述显示数据皆为错误数据，过一段时间后恢复正常。

（6）目标船航行到近岸。

（7）当一个被跟踪的目标航行到靠近岸边并转向时，将发生误跟踪现象，出现“矢量上岸”现象。

（8）ARPA由于发生上述种种目标调换现象而出现误跟踪时，仍然继续工作，但提供的数据是错误的。最为严重的情况是，如果被跟踪的目标和本船存在危险，但发生目标调换后变成不太危险甚至“安全”目标，将误导值班驾驶员失去警惕性，因而导致碰撞事故。

图6-20　两个被跟踪目标驶近

想一想

为减少目标调换现象，ARPA采取哪些技术措施？

（二）为减少目标调换现象，目前ARPA采取如下技术措施

（1）当出现两个被跟踪目标靠近而使两个跟踪窗重叠时， ARPA停止跟踪，让两个跟踪窗分别按各自原方向、原速度滑行，直至二者分开后再分别恢复跟踪。

（2）ARPA拒绝人工录取正在接近另一个已被跟踪目标的目标，以免破坏ARPA对已跟踪目标的跟踪。

（3）跟踪窗内出现两个或两个以上分开的目标回波时，ARPA只跟踪最接近跟踪窗中心的目标回波。如果跟踪窗内有5个以上清晰可辨的回波，为避免跟踪恶化，力求减小发生目标变换的可能性，ARPA不予标绘。

以上三种措施尚不能有效克服各种误跟踪现象，目前在提高自动跟踪的分辨力、有效克服误跟踪方面，德国ATLAS解决得较好。基本思想是将雷达信号的自动检测与自动跟踪环节一并考虑。采用以目标回波前沿检测跟踪的新方法。其检测输出的视频回波脉冲的宽度取决于回波前沿斜率而非回波尺寸大小。因此，由常规检测时对大面积目标回波的录取跟踪变为用“前沿检测”时对小尺寸目标回波的录取跟踪，故可以设置很小的跟踪窗，大大提高录取跟踪分辨力，较好地解决相邻目标的混迹问题，使该产品的跟踪分辨力达到≤30m的世界一流水平。

三、处理延时

ARPA在录取目标后并不能立即获得目标的航向参数与碰撞参数，必须积累足够的目标数据，经滤波器处理运算才能获得数据，这个过程叫做处理延时。表6-1和表6-2为两种雷达延时数据，目标录取后须经过一段时间才能稳定，如果目标船或本船在这期间改向或者改速，则数据不再有效，需要再次稳定。

表6-1　CASⅡ ARPA的矢量与PAD建立时间