基于变分贝叶斯的天波超视距雷达组网目标跟踪与信息融合

Target tracking and information fusion for over-the-horizon radar networks faces new challenges of high-dimensional latent variables, deep coupling between target state estimation and ionospheric parameters identification, multiple-task index constraints and etc., and research on variational Bayesian based information fusion techniques will be conducted to tackle these challenges. The project will first construct a unified information processing in variational Bayesian framework for joint estimation and identification of the high-dimensional latent variables including target state, ionospheric heights, mode association, data association, trajectory association and sensor registration; then the new variational Bayesian theory and methods in the presence of high-dimensional, non-conjugate prior, and deep coupling latent variables will be exploited; and finally the parameters design and optimization of variational Bayesian under the multiple-task index constraints will be studied. Simulation analysis and experimental data set will be used to verify the research outcomes and their feasibility in practical applications. The research outcomes of this project will contribute to the development of the variational Bayesian theory and methods, and provides theoretical foundation and core technologies for promoting the performance of the over-the-horizon radar networks.

本项目拟紧密围绕天波超视距雷达组网目标跟踪与融合面临的高维隐变量、目标状态估计与电离层环境参数辨识深耦合、多任务指标约束等全新问题，开展基于变分贝叶斯的天波超视距雷达组网信息融合的应用基础性研究。探索基于变分贝叶斯的目标状态、电离层虚高、模式关联、数据关联、系统偏差、航迹关联等高维隐变量的估计与辨识联合优化，深入研究高维数、非共轭、深耦合隐变量下的变分贝叶斯新理论与新方法，突破天波超视距组网目标跟踪与融合、多指标约束下的变分贝叶斯参数优化等关键技术，开展仿真分析与实测数据相结合的新方法原理性验证以及工程化应用，丰富和完善变分贝叶斯的基础理论，并为我国天波超视距雷达组网融合实际工程提供技术支撑。

天波超视距雷达OTHR作为远程预警骨干装备，利用电磁波在电离层与地海面之间的反射作用传输高频能量，可实现对隐身战斗机、轰炸机、巡航导弹、大中型舰船等高价值目标的远程预警。OTHR组网通过多部OTHR协同探测，可以更好发挥其预警威力。然而，OTHR组网融合面临着非线性、非均匀、多模态等复杂电离层环境特性，低空、慢速、RCS小等典型目标特性，低检测概率、低量测精度、低数据率、高虚警、时空不一致等复杂雷达组网探测特性，以及环境、目标、雷达特性深度耦合等全新问题。.本项目拟紧密围绕OTHR组网融合中的高维数、深耦合、多指标约束等科学问题，开展基于变分贝叶斯VB的OTHR组网信息融合的应用基础型研究，探索高维数、非共轭、深耦合隐变量下的VB新理论与新方法，突破 OTHR组网目标跟踪与融合、多指标约束下的VB参数优化策略等关键技术，开展仿真分析与实测数据相结合的新方法原理性验证以及工程化应用，丰富和完善VB的基础理论，并为我国OTHR组网融合实际工程提供技术支撑。.本项目的主要创新点如下：提出了基于变分贝叶斯、置信传播、消息传播等一系列联合优化方法，突破单部OTHR多目标联合检测与跟踪、电离层高度不确定下的OTHR多目标跟踪、OTHR组网量测级跟踪融合、OTHR组网航迹级多路径融合等一系列关键技术，并在OTHR对海目标探测进行了实际数据验证。此外，基于变分的非线性滤波、机动多目标跟踪、机动目标跟踪等技术分别利用了红外传感器、空管雷达等进行验证，验证结果表明基于变分贝叶斯的联合优化方法在滤波精度、虚假杂波抑制等方面具有明显效果。相关研究成果发表在IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems发表长文2篇，Signal Processing长文2篇，Electronic长文1篇，自动化学报、航空学报等国内期刊4篇，授权国家发明专利8项。