[發明專利]一種基于動態規劃的多幀相參積累目標檢測前跟蹤方法

有效

• 申請號: 201310486037.5
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103513244A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 張曉玲;師同彥;張龍
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S13/66
• 分類號: G01S13/66
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 曾磊

1.一種基于動態規劃的多幀相參積累目標檢測前跟蹤方法，其特征是它包括如下步驟：

步驟1、相關參數的初始化

初始化的參數均已知且如下所示：雷達發射脈沖的載頻記為f_c；雷達發射脈沖重復時間為記T；雷達的距離分辨率記為δ_r；相參處理的雷達數據幀數記為K，K為正整數；雷達在距離向上的距離單元個數記為L；雷達掃描空間被劃分成的方位向個數記為N，雷達在每個方位向發射的脈沖個數記為M；幀序號記為l，第l幀的回波方位向序號記為m，第l+1幀的回波方位向序號記為p，第l幀第m個方位向的雷達回波可以表示成一個L行M列的矩陣，記為且第l+1幀第p個方位向的雷達回波可以表示成一個L行M列的矩陣，記為其中m為第l幀的回波方位向序號，p為第l+1幀的回波方位向序號，取值范圍為l=1，2，3，…，K-1，m=1，2，3，…，N，p=1，2，3，…，N；雷達虛警門限值記為V_δ；電磁波傳播速度記為v；目標在兩幀數據之間的方位向走動最大值為△x；目標回波相位二次項系數最小值記為γ_min；目標回波相位二次項系數最大值記為γ_max；回波相位二次項系數參考值個數記為G；

步驟2、利用動態規劃得到積累矩陣

采用傳統的動態規劃方法進行如下循環：

步驟2.1、選取第一幀與第二幀相關聯的回波數據

初始化步驟1中的幀序號l和方位向序號m，p，令l=1，m=1，p=1；定義一個M×M行K列的動態存儲矩陣A，并初始化動態存儲矩陣A的所有元素為零，動態存儲A的行序號記為r，則r=1，2，…，M×M，初始化r=1，轉到步驟2.1.1；

步驟2.1.1

取出步驟1中的第l幀第m個方位向的雷達回波矩陣并取出第l+1幀第p個方位向的回波矩陣轉到步驟2.1.2；

步驟2.1.2

如果|p-m|＞△x，將p的值增加1，轉到步驟2.1.3；其中|·|表示絕對值運算，＞表示大于，△x為步驟1中已知的方位向走動最大值；

如果|p-m|≤△x，將m的值存入動態存儲矩陣A的第r行第一列，將p的值存入動態存儲矩陣A的第r行第二列，并令r的值增加1，p的值增加1，轉到步驟2.1.3；其中|·|表示絕對值運算，≤表示小于或者等于，△x為步驟1中已知的方位向走動最大值；

步驟2.1.3

如果p≤N，則轉到步驟2.1.1；

如果p＞N，則將p置為1，將m的值增加1，轉到步驟2.1.1；

步驟2.1.4

如果m≤N，則轉到步驟2.1.1；

如果m＞N，則將m置為1，將l的值增加1，第一幀存儲結束，轉到步驟2.1.5；

步驟2.1.5

刪除動態存儲矩陣A的全部為零的行，得到第一幀完整關聯存儲后的矩陣，記為矩陣B，轉到步驟2.2；

步驟2.2、從第二幀起選取關聯回波數據

取步驟2.1.4中得到的第一幀完整關聯存儲后的矩陣B，第一幀完整關聯存儲后的矩陣B的行數記為T1，第一幀完整關聯存儲后的矩陣B的列數記為Y1，第一幀完整關聯存儲后的矩陣B的行序號記為i，取值范圍i=1，2，…，T1，其列序號記為j，取值范圍j=1，2，…，Y1，第一幀完整關聯存儲后的矩陣B的元素記為B(i，j)(i=1,2，…，T1；j=1,2，…，Y1)，令i=1，l=2，m=1，p=1，轉到步驟2.2.1；

步驟2.2.1

取出步驟1中的第l幀第m個方位向的雷達回波矩陣并取出第l+1幀第p個方位向的回波矩陣轉到步驟2.2.2；

步驟2.2.2

如果|p-m|＞△x，轉到步驟2.2.4，其中|·|表示絕對值運算，＞表示大于，△x為步驟1中已知的方位向走動最大值；

如果|p-m|≤△x，轉到步驟2.2.3，其中|·|表示絕對值運算，≤表示小于或者等于，△x為步驟1中已知的方位向走動最大值；

步驟2.2.3

將m的值與矩陣B的第i行第j(j=l)列的值作比較：

如果相等，則將p的值存入第一幀完整關聯存儲后的矩陣B的第i行第j(j=l+1)列，即B(i，j)=p，j=l+1，將p的值增加1，轉到步驟2.2.5；

如果不相等，則將i的值增加1，轉到步驟2.2.4；

步驟2.2.4

如果i≤T1，則轉到步驟2.2.3；

如果i＞T1，則將p的值增加1，轉到步驟2.2.5；

步驟2.2.5

如果p≤N，則轉到步驟2.2.1；

如果p＞N，則將p置為1，將m的值增加1，轉到步驟2.2.6；

步驟2.2.6

如果m≤N，則轉到步驟2.2.1；

如果m＞N，則將m置為1，將l的值增加1，轉到步驟2.2.7；

步驟2.2.7

如果l≤K-1，則轉到步驟2.2.1；

如果l＞K-1，則整個動態規劃步驟結束，得到針對步驟2.1.5中的矩陣B利用動態規劃積累后所得到的矩陣，記為矩陣E，轉到步驟3；

步驟3刪除無效數據

對于步驟2.2.7中得到的矩陣E，刪除矩陣E中非零元素個數小于K的行，得到刪除無效行后的矩陣，記為矩陣F，轉到步驟4；

步驟4相參積累

步驟4.1

取出步驟3中得到的矩陣F，統計矩陣F的行數，記為T2，統計矩陣F的列數，記為Y2，矩陣F的行序號記為a1，矩陣F的列序號記為a2，取值范圍a1=1，2，…，T2，a2=1，2，…，Y2；定義一個L行M×N×K列動態積累矩陣C，并將矩陣C的所有元素置零；定義一個T2行G列的動態存儲矩陣H，動態存儲矩陣H的行序號記為z1，列序號記為z2，則矩陣H的第z1行第z2列的元素記為H(z1，z2)(z1=1，2，…T2，z2=1，2，…，G)，將動態存儲矩陣H的所有元素置零；定義一個最大值存儲參數W；初始化a1=1，相參積累方法如下：

步驟4.2

首先取出矩陣F第a1行所有列的數據，記為R_a1，1，R_a1，2，…，R_a1，T2，其中R_a1，a2(a2=1，2，…，T2)為整數；然后按照行不變，列數遞增的順序，將步驟1中的雷達回波矩陣的第1列到第M列依次存儲到動態積累矩陣C對應的第1+(R_a1，a2-1)×M+(a2-1)×M×N列至M+(R_a1，a2-1)×M+(a2-1)×M×N列，a2=1，2，…，T2，得到動態積累矩陣C第1次存儲回波后的矩陣，記為矩陣X_a1，轉到步驟4.3；

步驟4.3

令a1取值依次增加1，將動態積累矩陣C所有元素置零，重復步驟4.2，直到a1＞T2時停止重復過程，即a1=1，2，…，T2，得到T2個存儲完整回波的矩陣，即X₁，X₂，…，X_T2，記為X_f，(f=1，2，…，T2)，轉到步驟4.4；

步驟4.4

取出步驟1中初始化的目標回波相位二次項系數最小值γ_min和最大值γ_max，計算出G個二次項參考系數γ₁，γ₂，…，γ_G的值，其中第g個二次項參考系數的計算公式為γg=γmin+(g-1)(γmax-γmin)G-1,g=1,2,...G,]]>轉到步驟4.5；

步驟4.5

取出步驟4.4中計算出的G個二次項參考系數γ₁，γ₂，…，γ_G，計算出G個L行M×N×K列的參考回波二次相位補償矩陣，記為D_g(g=1，2，…G)，參考回波二次相位補償矩陣D_g的計算方法如下：參考回波二次相位補償矩陣D_g的每一行都相同，參考回波二次相位補償矩陣D_g的列序號記為w，參考回波二次相位補償矩陣D_g任意一行的第w列元素記為D_g(w)，D_g(w)=exp[-j4πf_cγ_g(w*T)²/v]，w=1,2，…，(M×N×K)，得到的G個二次相位補償矩陣D₁，D₂，…，D_G，其中exp(·)為自然指數為底的指數函數，j為虛數單位，g=1,2，…G，π為圓周率，v為光速，轉到步驟4.6；

步驟4.6

取出步驟4.3得到的T2個矩陣X₁，X₂，…，X_T2與步驟4.5中得到的G個二次相位補償矩陣D₁，D₂，…，D_G，將矩陣X_f(f=1,2，…，T2)與G個二次相位補償矩陣D₁，D₂，…，D_G分別進行矩陣點乘，得到G×T2個二次相位補償后的矩陣，記為表示T2次利用K幀相關聯的方位向數據進行相位補償后得到的G×T2個矩陣，其中第g×f個矩陣記為剛轉到步驟4.7；

步驟4.7

取出步驟4.6中得到的G個矩陣對進行FFT，得到G個進行FFT后的矩陣，記為即表示第f次利用K幀相關聯的數據進行相位補償，然后進行FFT后得到的G個矩陣，f=1，2，…，T2，轉到步驟4.8；

步驟4.8

取出步驟4.7中得到的G個矩陣找出矩陣的最大值，分別記為按照下標g由小到大的順序，依次將最大值放在動態存儲矩陣H的第f行的第一列至第G列，即H(z1,z2)=ω2f(z1=f,z2=2),...,H(z1,z2)=ω2f(z1=f,z2=G),]]>將f增加1，轉到步驟4.9；

步驟4.9

重復步驟4.7-4.8，直到f＞T2時結束上述重復操作，得到完整的存儲最大值的動態存儲矩陣H，找出矩陣H的最大值存儲到最大值存儲參數W中，轉到步驟5；

步驟5目標判決

取出步驟4.9得到的最大值存儲參數W，將最大值存儲參數W與虛警門限V_δ做比較：

如果W≥V_δ，判為所處理的回波數據中有目標；

如果W＜V_δ，則判為所處理的回波數據中沒有目標；

經過以上步驟，就完成了對于微弱目標的基于動態規劃的多幀相參積累目標檢測前跟蹤。