[發明專利]一種利用粒子濾波的雷達微弱目標檢測跟蹤方法

有效

• 申請號: 201710669188.2
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107329131B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 任春輝;曹時杰
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/66
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明屬于通信電子技術領域，涉及一種利用粒子濾波的雷達微弱目標檢測跟蹤方法。本發明的方法首先減少傳統粒子濾波的粒子數量，從被跟蹤目標可能的分布中采樣得到少量的采樣點，賦予采樣點不同的權重，再對變換后的采樣點進行序貫平滑處理，最終輸出得到目標位置的估計。仿真結果表明本算法的定位精度高于現有的粒子濾波算法，并且計算開銷較低。本算法在信噪比為0dB?15dB的情況下，總共進行100次蒙特卡洛仿真進行檢測，得到了較高的檢測概率，而且改進算法的檢測概率在7dB時明顯優于現有的粒子濾波算法，計算代價也小于現有的粒子濾波算法。

技術領域

本發明屬于通信電子技術領域，涉及一種利用粒子濾波的雷達微弱目標檢測跟蹤方法。

背景技術

為了應對隱身目標等非合作目標給現代雷達帶來的挑戰，無源定位與跟蹤方法正在蓬勃發展，無源體制信號探測技術中一個關鍵問題就是對微弱機動目標進行檢測與跟蹤。微弱目標指的是雷達反射截面積很小，導致反射回波很弱的低可探測性目標。這些目標被電磁波照射時，后向散射波強度明顯下降，回波信號非常微弱。同時，這些典型的微弱目標又往往具有非常高的機動性，即這些目標能夠改變自身原有的運動規律，導致運動模型變化的程度超過了濾波器模型所能跟蹤匹配的范圍，即造成模型失配。傳統雷達對這些目標的探測距離大為縮短，探測的靈敏度也大為降低。所以，傳統的門限檢測和跟蹤方法對于微弱機動目標不具優勢，技術革新迫在眉睫。

現有的檢測跟蹤算法的主要缺點是跟蹤非線性運動的目標時容易形成模型失配，而且計算代價很大。因此，設計檢測跟蹤算法時需要考慮的兩個主要因素是能耗和跟蹤精度。考慮到能耗限制以及精度需求，傳統的粒子濾波算法包括以下步驟：

(1)采樣隨機生成一組粒子。

(2)更新重要性權重。

(3)計算歸一化的重要性權重。

(4)計算估計有效粒子數量。

(5)判斷有效粒子數量是否超過閾值。

(6)如果步驟5為假，則進行重采樣。

(7)當生成粒子組數超過額定數值時，根據粒子的估計量計算待估參量，輸出狀態估計。

上述傳統方法存在以下不足：

(1)計算代價巨大，容易造成數據處理單元溢出。

(2)采樣過程判斷單一，引起粒子退化，損失估計精度。同時，為了解決重采樣之后粒子退化的問題還需要增大粒子數量，進一步增加了計算耗費。

(3)容易產生測量數據跳變點，造成角度模糊和模型失配。

發明內容

本發明所要解決的，就是針對上述問題，提供一種減少計算消耗的改進的序貫平滑的粒子濾波(Improved Sequential Smoothing-Particle Filter,ISS-PF)算法，該方法可以有效跟蹤線性運動的目標，并且對于非線性運動的微弱機動目標也有很好的檢測跟蹤效果。算法首先減少傳統粒子濾波的粒子數量，從被跟蹤目標可能的分布中采樣得到少量的采樣點。計算得到這些點的平均值和協方差，對兩者進行加權。選擇合適的參數，并且把這些點傳遞給非線性變換函數來模擬機動目標的運動。確保采樣點的對稱性，從變換后的點產生另一過程。對變換后的點進一步平滑處理，再判斷是否序貫進行粒子濾波和重采樣。通過上述步驟實現改進的序貫平滑的粒子濾波器。

本發明的技術方案主要步驟可以概括為：

(1)計算建議分布的均值協方差

(2)生成采樣點

(3)對每個采樣點賦予權重

(4)選擇合適的參數使得采樣點有合理的分布

(5)對采樣點做非線性變換