[發(fā)明專利]一種基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的多幀相參積累目標(biāo)檢測(cè)前跟蹤方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310486037.5
• 申請(qǐng)日: 2013-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN103513244A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉玲;師同彥;張龍
• 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
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 曾磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)系統(tǒng)中目標(biāo)多幀檢測(cè)和跟蹤的技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及到了低信噪比條件下雷達(dá)多幀檢測(cè)和跟蹤微弱目標(biāo)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著目標(biāo)隱身技術(shù)的不斷發(fā)展和升級(jí)，雷達(dá)所檢測(cè)目標(biāo)(如飛機(jī)、艦船)的雷達(dá)目標(biāo)反射截面積(RCS)減小了一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。這增加了雷達(dá)檢測(cè)目標(biāo)的難度，同時(shí)也對(duì)雷達(dá)自身的生存構(gòu)成了威脅。正是由于上述原因，微弱目標(biāo)的檢測(cè)和跟蹤成為雷達(dá)檢測(cè)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。已有的研究成果中提到了通過延長脈沖積累時(shí)間來提高輸出信噪比，從而提高了雷達(dá)對(duì)微弱目標(biāo)的檢測(cè)能力。現(xiàn)有預(yù)警雷達(dá)體系為了防止距離模糊的產(chǎn)生，其脈沖重復(fù)頻率較低。在低重頻預(yù)警雷達(dá)的工作體制下，雷達(dá)發(fā)射機(jī)在一個(gè)方位向分辨單元上發(fā)射的脈沖數(shù)很少，從而導(dǎo)致了一幀雷達(dá)回波數(shù)據(jù)中包含的目標(biāo)回波脈沖數(shù)很少，這使得在單幀回波數(shù)據(jù)內(nèi)對(duì)目標(biāo)回波進(jìn)行長時(shí)間的脈沖積累變得很難實(shí)現(xiàn)。

檢測(cè)前跟蹤算法是通過先存儲(chǔ)多幀未經(jīng)過門限處理的雷達(dá)回波原始數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行能量積累來對(duì)微弱目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和跟蹤的技術(shù)，見文獻(xiàn)“孫立宏.雷達(dá)弱小目標(biāo)檢測(cè)前跟蹤方法研究.[碩士學(xué)位論文]，西安：西安電子科技大學(xué)，2007”。由于信噪比較低時(shí)，單幀回波數(shù)據(jù)無法檢測(cè)出微弱目標(biāo)，檢測(cè)前跟蹤方法通過對(duì)多幀回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)先驗(yàn)信息沿目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行能量積累，從而提高輸出信噪比，達(dá)到檢測(cè)微弱目標(biāo)的目的。經(jīng)典的檢測(cè)前跟蹤算法主要有基于Hough變換的檢測(cè)前跟蹤算法、基于粒子濾波的檢測(cè)前跟蹤算法以及基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的檢測(cè)前跟蹤算法等等。在雷達(dá)信號(hào)處理中脈沖的能量積累包括相參積累和非相參積累，前者是指對(duì)復(fù)數(shù)據(jù)(即包含幅度和相位的數(shù)據(jù))進(jìn)行積累，而后者指的是僅僅對(duì)數(shù)據(jù)的幅度(也可能是幅度的平方或者幅度對(duì)數(shù))進(jìn)行積累。上面提到的幾種檢測(cè)前跟蹤算法均為對(duì)單幀雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行相參積累，多幀回波數(shù)據(jù)間采用非相參積累。由于這些算法在幀間積累時(shí)都舍去目標(biāo)回波的相位信息，因此信噪比較低的時(shí)候其積累效率比幀間相參積累時(shí)低。傳統(tǒng)的非相參檢測(cè)前跟蹤算法要達(dá)到與相參檢測(cè)前跟蹤算法達(dá)到同樣的檢測(cè)性能就必須要使用更多幀的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，因而傳統(tǒng)的非相參檢測(cè)前跟蹤算法的數(shù)據(jù)處理量與相參檢測(cè)前跟蹤算法相比也較大。

發(fā)明內(nèi)容

為了能在低信噪比條件下，使用較少幀數(shù)的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)就能得到較高的對(duì)微弱目標(biāo)的檢測(cè)概率，本發(fā)明提出了一種基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的多幀相參積累目標(biāo)檢測(cè)前跟蹤方法，其特點(diǎn)是利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃獲得目標(biāo)在幾幀回波數(shù)據(jù)中的可能航跡，通過對(duì)目標(biāo)回波相位的二次項(xiàng)進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償以利用目標(biāo)回波的相位信息，通過對(duì)多幀回波數(shù)據(jù)中的目標(biāo)回波進(jìn)行相參積累來提高輸出信噪比，實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱目標(biāo)的檢測(cè)。這種方法與傳統(tǒng)非相參檢測(cè)前跟蹤方法相比，使用較少幀數(shù)回波數(shù)據(jù)就提高了輸出信噪比，從而提高了目標(biāo)檢測(cè)概率。

為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先作以下術(shù)語定義：

定義1、檢測(cè)前跟蹤

在雷達(dá)系統(tǒng)中，檢測(cè)前跟蹤是指雷達(dá)在獲得一個(gè)掃描周期的回波數(shù)據(jù)后，先不進(jìn)行處理，不設(shè)檢測(cè)門限和不宣布檢測(cè)結(jié)果，而是將接收到的每一個(gè)掃描時(shí)刻的回波數(shù)據(jù)數(shù)字化后存儲(chǔ)起來，等達(dá)到設(shè)定的數(shù)據(jù)量時(shí)在各掃描時(shí)刻之間對(duì)假設(shè)路徑包含的點(diǎn)作幾乎沒有信息損失的相關(guān)處理，從而估計(jì)出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡，最后檢測(cè)結(jié)果和目標(biāo)軌跡同時(shí)宣布，見文獻(xiàn)“孫立宏.雷達(dá)弱小目標(biāo)檢測(cè)前跟蹤方法研究.[碩士學(xué)位論文]，西安：西安電子科技大學(xué)，2007”。

定義2、距離單元

在雷達(dá)系統(tǒng)中，將雷達(dá)測(cè)距的范圍劃分成若干小的區(qū)域并將其編號(hào)，雷達(dá)根據(jù)目標(biāo)回波信號(hào)落入的區(qū)域編號(hào)計(jì)算目標(biāo)與雷達(dá)之間的距離。

定義3、方位向

將雷達(dá)掃描空間均勻劃分為若干等分，每一等分為一個(gè)方位向。

定義4、虛警門限

雷達(dá)系統(tǒng)中的參數(shù)，當(dāng)統(tǒng)計(jì)值超過虛警門限時(shí)雷達(dá)報(bào)告發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，當(dāng)統(tǒng)計(jì)值未超過虛警門限時(shí)雷達(dá)不報(bào)告發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。詳見文獻(xiàn)“丁鷺飛，耿富錄.雷達(dá)原理(第三版).西安電子科技大學(xué)出版社.2009.8”。

定義5、一幀回波數(shù)據(jù)

在本發(fā)明中，一幀回波數(shù)據(jù)是指在一個(gè)雷達(dá)掃描周期內(nèi)，雷達(dá)接收機(jī)所接收、采樣并存儲(chǔ)的在這一個(gè)雷達(dá)掃描周期內(nèi)所有發(fā)射脈沖的回波數(shù)據(jù)。

定義6、慢時(shí)間

雷達(dá)發(fā)射脈沖重復(fù)時(shí)間為T，記第一個(gè)脈沖的發(fā)射時(shí)刻為0，那么第m個(gè)脈沖的發(fā)射時(shí)刻為t_m=mT(m=0，1,2….)，t_m即亦稱為慢時(shí)間。

定義7、距離-慢時(shí)間二維數(shù)據(jù)矩陣