[發(fā)明專利]一種多幀相參積累目標(biāo)檢測(cè)前跟蹤方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010531948.1
• 申請(qǐng)日: 2010-11-04
• 公開（公告）號(hào): CN102073043A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉玲;王昆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/66
• 分類號(hào): G01S13/66;G01S7/41
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 曾磊

1.一種多幀相參積累目標(biāo)檢測(cè)前跟蹤方法，其特征是該方法包括如下步驟：

步驟1、基于Keystone變換的多幀相參積累目標(biāo)檢測(cè)前跟蹤方法相關(guān)參數(shù)的初始化

需要進(jìn)行初始化的參數(shù)如下：雷達(dá)發(fā)射脈沖的載頻fc；雷達(dá)發(fā)射脈沖重復(fù)時(shí)間T；雷達(dá)發(fā)射脈沖的帶寬B；雷達(dá)發(fā)射脈沖的調(diào)頻斜率b；雷達(dá)發(fā)射脈沖的持續(xù)時(shí)間T_p；雷達(dá)的距離分辨率δ_r；相參處理的雷達(dá)數(shù)據(jù)幀數(shù)K；雷達(dá)掃描空間被劃分成的方位向個(gè)數(shù)N，記方位向序號(hào)為n，n＝1，2，…，N；雷達(dá)在每個(gè)方位向發(fā)射的脈沖個(gè)數(shù)M；雷達(dá)在距離向上的采樣頻率f_s；雷達(dá)在距離向上的采樣點(diǎn)數(shù)L；雷達(dá)虛警門限值η；對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)，上述參數(shù)是已知的；多普勒模糊數(shù)最大值H；目標(biāo)回波相位二次項(xiàng)系數(shù)最小值γ_min和目標(biāo)回波相位二次項(xiàng)系數(shù)最大值γ_max；上述參數(shù)來自目標(biāo)的先驗(yàn)信息；

步驟2、多幀雷達(dá)數(shù)據(jù)在慢時(shí)間維上的拼接

取雷達(dá)接收機(jī)接收到的任意K幀連續(xù)的回波數(shù)據(jù)；將這K幀連續(xù)的回波數(shù)據(jù)按照雷達(dá)接收機(jī)接收的先后次序拼接成一個(gè)L行K×M×N列的距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣X_L×(K×M×N)；拼接的具體方法為：K幀連續(xù)的回波數(shù)據(jù)中雷達(dá)最先接收到那一幀數(shù)據(jù)中第一個(gè)方位向矩陣的第一列作為整個(gè)距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣X_L×(K×M×N)的第一列，K幀連續(xù)的回波數(shù)據(jù)中雷達(dá)最先接收到那一幀數(shù)據(jù)中第一個(gè)方位向矩陣的第二列作為整個(gè)距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣X_L×(K×M×N)的第二列，以此類推，直到K幀連續(xù)的回波數(shù)據(jù)中雷達(dá)最后接收到那一幀數(shù)據(jù)中第N個(gè)方位向矩陣的第M列作為整個(gè)距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣X_L×(K×M×N)的最后一列，其中L是雷達(dá)在距離向上的采樣點(diǎn)數(shù)，K為相參處理的雷達(dá)數(shù)據(jù)幀數(shù)，N為雷達(dá)掃描空間被劃分成的方位向個(gè)數(shù)，M為雷達(dá)在每個(gè)方位向發(fā)射的脈沖個(gè)數(shù)；

步驟3、目標(biāo)回波脈沖數(shù)據(jù)選取及其余數(shù)據(jù)的置零

對(duì)步驟2得到的距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣X_L×(K×M×N)進(jìn)行脈沖選取，具體方法是在距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣X_L×(K×M×N)中的每一幀回波數(shù)據(jù)中選取某一個(gè)方位向上的M列回波數(shù)據(jù)作為目標(biāo)回波數(shù)據(jù)，該幀回波數(shù)據(jù)中其余方位向上的回波數(shù)據(jù)均認(rèn)為是噪聲并做置零處理，處理后的數(shù)據(jù)矩陣記為距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣Y_L×(K×M×N)；記該次脈沖選取為第α次，α＝1，2，…N^K，其中K為相參處理的雷達(dá)數(shù)據(jù)幀數(shù)，N為雷達(dá)掃描空間被劃分成的方位向個(gè)數(shù)；

步驟4、將距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣Y_L×(K×M×N)轉(zhuǎn)換到頻率-慢時(shí)間維

對(duì)步驟3得到的經(jīng)過目標(biāo)回波脈沖數(shù)據(jù)選取和其余數(shù)據(jù)置零處理后的距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣Y_L×(K×M×N)，按距離維做FFT，得到頻率-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣Z_L×(K×M×N)；

步驟5、用Keystone變換進(jìn)行插值

利用Keystone變換對(duì)步驟4中得到的頻率-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣Z_L×(K×M×N)進(jìn)行插值；具體方法如下：首先建立一個(gè)新的頻率-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣R_L×(K×M×N)，該矩陣的所有元素初始值均為0，然后建立一個(gè)1行K*M*N列的向量l＝[1，2，L，K*M*N]；頻率-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣R_L×(K×M×N)中第i行第j列的元素r_ij是由原頻率-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣Z_L×(K×M×N)第i行與向量作點(diǎn)乘后求和得到，i＝1，2，L?L，j＝1，2，L?K*M*N，其中f_c為雷達(dá)發(fā)射脈沖的載頻，f_s為雷達(dá)在距離向上的采樣頻率，L為雷達(dá)在距離向上的采樣點(diǎn)數(shù)，K為相參處理的雷達(dá)數(shù)據(jù)幀數(shù)，N為雷達(dá)掃描空間被劃分成的方位向個(gè)數(shù)，M為雷達(dá)在每個(gè)方位向發(fā)射的脈沖個(gè)數(shù)；

步驟6、估計(jì)多普勒模糊數(shù)

取步驟1獲得的多普勒模糊數(shù)最大值H，在0到H的范圍內(nèi)以間距為1進(jìn)行采樣，得到多普勒模糊數(shù)的參考值h₁，h₂，...，h_Q；利用得到的Q個(gè)多普勒模糊數(shù)的參考值h₁，h₂，...，h_Q，分別對(duì)步驟5得到的經(jīng)過Keystone變換進(jìn)行插值后的頻率-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣R_L×(K×M×N)進(jìn)行多普勒模糊數(shù)的補(bǔ)償；具體方法如下：分別根據(jù)第q個(gè)多普勒模糊數(shù)的參考值h_q，q＝1，2…Q，這里Q多普勒模糊數(shù)參考值的個(gè)數(shù)，對(duì)于頻率-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣R_L×(K×M×N)第i行，建立一個(gè)多普勒模糊補(bǔ)償向量l＝[1，2，L，K*M*N]，i＝1，2，L?L；然后頻率-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣R_L×(K×M×N)第i行與多普勒模糊補(bǔ)償向量作點(diǎn)乘后得到的向量作為多普勒模糊補(bǔ)償后的頻率-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣A_q的第i行，i＝1，2，L?L，其中f_c為雷達(dá)發(fā)射脈沖的載頻，q＝1，2…Q，Q多普勒模糊數(shù)參考值的個(gè)數(shù)，f_s為雷達(dá)在距離向上的采樣頻率，L為雷達(dá)在距離向上的采樣點(diǎn)數(shù)，K為相參處理的雷達(dá)數(shù)據(jù)幀數(shù)，N為雷達(dá)掃描空間被劃分成的方位向個(gè)數(shù)，M為雷達(dá)在每個(gè)方位向發(fā)射的脈沖個(gè)數(shù)；

步驟6、將數(shù)據(jù)矩陣轉(zhuǎn)換到距離-慢時(shí)間維

對(duì)步驟5中得到頻率-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣A_q，q＝1，2…Q按頻率維做IFFT，得到新的距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣B_q，q＝1，2…Q；

步驟7、二次相位補(bǔ)償

對(duì)步驟6中得到的距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣B_q按慢時(shí)間維逐行進(jìn)行二次相位補(bǔ)償，q＝1，2…Q，Q多普勒模糊數(shù)參考值的個(gè)數(shù)；其具體做法是取步驟1獲得的目標(biāo)回波相位二次項(xiàng)系數(shù)的范圍，在該范圍內(nèi)進(jìn)行等間隔采樣，得到G個(gè)二次項(xiàng)參考系數(shù)γ₁，γ₂，...，γ_G；建立一個(gè)新的L行K*M*N列的距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣D_q，q＝1，2…Q，Q多普勒模糊數(shù)參考值的個(gè)數(shù)；針對(duì)距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣B_q的第i行，建立一個(gè)1行，50列的信息存儲(chǔ)矩陣Cⁱ_1×G，i＝1，2…L；分別根據(jù)第g個(gè)二次項(xiàng)參考系數(shù)γ_g，g＝1，2…G，建立一個(gè)二次相位補(bǔ)償向量exp(j2πγ_g(l*T)²)，l＝[1，2，L，K*M*N]；令距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣B_q的第i行與二次相位補(bǔ)償向量exp(j2πγ_g(l*T)²)點(diǎn)乘，得到一個(gè)二次相位補(bǔ)償后的向量ρ_qi，i＝1，2…L；對(duì)ρ_qi進(jìn)行FFT并取出FFT后得到的最大值存儲(chǔ)在信息存儲(chǔ)矩陣Cⁱ_1×G第g列；找出信息存儲(chǔ)矩陣Cⁱ_1×G中的最大值并取得其對(duì)應(yīng)的二次項(xiàng)參考系數(shù)γ′_i后，將距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣B_q的第i行點(diǎn)乘一個(gè)向量exp(j2πγ′_i(l*T)²)得到距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣D_q的第i行，q＝1，2…Q，Q多普勒模糊數(shù)參考值的個(gè)數(shù)，i＝1，2…L，其中K為相參處理的雷達(dá)數(shù)據(jù)幀數(shù)，N為雷達(dá)掃描空間被劃分成的方位向個(gè)數(shù)，M為雷達(dá)在每個(gè)方位向發(fā)射的脈沖個(gè)數(shù)；

步驟8、相參積累

分別對(duì)步驟7得到的補(bǔ)償后的距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣D_q按慢時(shí)間維做FFT，q＝1，2…Q，Q多普勒模糊數(shù)參考值的個(gè)數(shù)，得到積累矩陣E_q，q＝1，2…Q，這里Q多普勒模糊數(shù)參考值的個(gè)數(shù)；

步驟9、峰值、方位信息，距離單元信息存儲(chǔ)

建立K+3行，N^K列的信息存儲(chǔ)矩陣用于存儲(chǔ)目標(biāo)的方位、回波積累幅值，所在距離單元及目標(biāo)多普勒頻率信息；方法是將步驟3中經(jīng)處理后得到得距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣Y_L×(K×M×N)中未被置零的K個(gè)方位向數(shù)據(jù)矩陣在原各幀回波數(shù)據(jù)中的方位向序號(hào)n分別存儲(chǔ)于信息存儲(chǔ)矩陣的第α列的前K行，α＝1，2，…N^K；求取由步驟8得到的積累矩陣E_q的最大值U_q，q＝1，2…Q，這里Q多普勒模糊數(shù)參考值的個(gè)數(shù)；對(duì)Q個(gè)最大積累峰值U_q進(jìn)行比較，求取這些最大積累峰值中的最大值，令其為P，將最大值P存儲(chǔ)于信息存儲(chǔ)矩陣的第α列的第K+1行，α＝1，2，...，N^K，將該最大值P對(duì)應(yīng)的距離單元存儲(chǔ)于信息存儲(chǔ)矩陣的第α列的第K+2行，并將該最大值P對(duì)應(yīng)的多普勒頻率存儲(chǔ)于信息存儲(chǔ)矩陣的第α列的第K+3行，其中K為參加相參處理的雷達(dá)數(shù)據(jù)幀數(shù)，N為雷達(dá)掃描空間被劃分成的方位向個(gè)數(shù)；

步驟10、選取K幀回波的所有方位向組合

重復(fù)步驟3～9，直到K幀回波的所有方位向組合全部被選取，K為參加相參積累的總回波幀數(shù)；

步驟11、判決目標(biāo)

取經(jīng)步驟10處理得到的信息存儲(chǔ)矩陣中第K+1行的最大值，令其為Q，將該最大值Q與虛警門限V_δ做比較，當(dāng)最大值Q大于虛警門限V_δ時(shí)判為有目標(biāo)，當(dāng)最大值Q小于虛警門限V_δ時(shí)判為沒有目標(biāo)；若判為有目標(biāo)，輸出該最大值Q所在信息存儲(chǔ)矩陣中對(duì)應(yīng)列的前K行中存儲(chǔ)的目標(biāo)方位向信息值、第K+2行目標(biāo)所在距離單元及第K+3行目標(biāo)多普勒頻率；這里K為參加相參積累的總回波幀數(shù)。