一种基于多频点回波信息融合的目标跟踪方法与流程

本发明属于雷达技术领域，涉及多径环境下的目标跟踪，尤其涉及一种基于多频点回波信息融合的目标跟踪方法。

背景技术：

低空目标探测和跟踪一直是雷达检测技术领域的一大难题。目前，在探测和跟踪低空目标时，难点主要存在以下两个方面：强烈的地海杂波以及很难解决的多径问题。具体来说，如果要在强杂波中对小型的飞行目标进行跟踪，就需要雷达波束具有足够的能量指向地面，而这同时会带来地海面反射的强杂波。同时，除了目标的直达波信号外，雷达还会接收到由地海面产生的镜像回波信号，从而形成多径效应。低空情况下，直达波信号与多径信号在时域、频域和空域难以被分开，二者在接收端表现为相干叠加，严重情况下多径信号会与直达信号相消。

在探测低空目标时，信号加强还是衰落取决于一个与频率和雷达、目标、反射点的相对位置有关的变量，其回波信号功率也是时变的，无法保证低空目标的可检测性。传统的跟踪方法都是对每一帧的目标直接进行判断跟踪，由于多径效应的影响，实际的目标信号幅度起伏会很大，当信号振幅有所起伏时，在大的检测概率区域，这种起伏将会引起检测损失；而在小的检测概率区域，情况恰好相反，有起伏信号比无起伏信号的检测概率要大，但是雷达通常不会工作在绝对小的检测概率区域，因而目标的跟踪性能就会有所影响。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明实施例提供一种基于多频点回波信息融合的目标跟踪方法，能够减小多径环境下的目标检测误差，提高雷达在低信噪比下的稳定跟踪，满足远距低空目标跟踪精度的要求。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

提供一种基于多频点回波信息融合的目标跟踪方法，包括以下步骤：

步骤1，获取雷达发射天线发射捷变频信号时其接收天线接收到的目标回波信号，并根据目标回波信号得到k个大帧信号{Sig(1)，Sig(2)，…，Sig(k)}，k个大帧信号中的每个大帧信号包含n个小帧信号，每个小帧信号为单个频点下多脉冲积累的回波信号；

对k个大帧信号中的每个小帧信号依次进行波束赋形处理、脉冲压缩处理以及动目标检测处理，获得k个大帧信号中的每个小帧信号所包含的目标个数、每一目标的距离值及速度值；

令l＝1；

步骤2，获取第l个大帧信号Sig(l)的目指距离mz_dist(l)；

根据第l个大帧信号Sig(l)的目指距离mz_dist(l)、第l个大帧信号Sig(l)中的n个小帧信号的每一小帧信号所包含的每一目标的距离值，采用最近邻算法确定与第l个大帧信号Sig(l)对应的n个最临近目标，并记录每个最临近目标的信息；其中，一个最临近目标的信息包括该最临近目标的距离值及速度值以及其所在的小帧信号的序号；

步骤3，利用与第l个大帧信号Sig(l)对应的n个最临近目标的信息进行波门判断，确定在第l个大帧信号Sig(l)中是否检测到目标；

若在第l个大帧信号Sig(l)中检测到目标，则确定第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离以及更新位置其中，cnt表示第l个大帧信号Sig(l)对应的n个最临近目标中满足波门判断的目标个数，dist(p)表示满足波门判断的第p个最临近目标的距离值，m_l，p表示满足波门判断的第p个最临近目标所在的小帧信号的序号，∑(·)表示求和运算；

若在第l个大帧信号Sig(l)中未检测到目标，则确定第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离goal_dist(l)＝mz_dist(l)以及更新位置其中，m_l，i表示第l个大帧信号Sig(l)对应的n个最临近目标中的第i个最临近目标所在的小帧信号的序号；

步骤4，根据第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离goal_dist(l)以及更新位置TT(l)，采用三点建航方法判断第l个大帧信号Sig(l)对应的目标的航迹状态；

步骤5，令l加1，判断l是否小于等于k，若l≤k，则转至步骤2，直至l＞k，即得到目标的跟踪轨迹。

相比现有技术，本发明实施例提供的基于多频点回波信息融合的目标跟踪方法，具有以下优点：

1)提高了跟踪精度，跟踪航迹更加平滑。传统的单频单帧跟踪方法，由于受到多径效应的影响，单帧单个频率下目标的检测会受到影响，有的帧会出现目标丢失，甚至会出现连续几帧都没有检测到目标，这样对于跟踪情况会造成一定的影响，使得跟踪航迹出现毛刺，跟踪不平滑，跟踪精度也会下降。本发明方法，利用多频信息提高了检测概率，同时，对于连续帧丢目标的情况也由一定的改善，多频一组的目标信息，提前在小范围内对目标的选取进行了第一步判断处理，而更新率也可以灵活变动，能保证目标更加平滑稳定的跟踪。

2)计算简单，程序执行效率提高。现有的传统单频跟踪方法，每一帧的目标信息都需要进行目标判断，以及进入滤波环路。而本方法提出的多频多帧跟踪方法，是在一组多频目标信息融合之后，再对融合后的目标进行判断以及滤波，实际上，滤波程序的执行时间比多频目标融合的执行时间要多得多，单就滤波时间而言，本发明方法的程序执行时间是传统方法的1/n，极大地提高了程序的执行效率，降低了计算复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于多频点回波信息融合的目标跟踪方法的流程示意图；

图2为传统的单帧跟踪方法及本发明实施例提供的基于多频点回波信息融合的目标跟踪方法的跟踪距离对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明实施例提供的一种基于多频点回波信息融合的目标跟踪方法的流程示意图。

如图1所示，本发明实施例提供的一种基于多频点回波信息融合的目标跟踪方法包括以下步骤：

步骤1，获取雷达发射天线发射捷变频信号时其接收天线接收到的目标回波信号，并根据目标回波信号得到k个大帧信号{Sig(1)，Sig(2)，…，Sig(k)}；对k个大帧信号中的每个小帧信号依次进行波束赋形处理、脉冲压缩处理以及动目标检测处理，获得k个大帧信号中的每个小帧信号所包含的目标个数、每一目标的距离值及速度值；令l＝1。

其中，k个大帧信号中的每个大帧信号包含n个小帧信号，每个小帧信号为单个频点下多脉冲积累的回波信号。

步骤2，获取第l个大帧信号Sig(l)的目指距离mz_dist(l)；根据第l个大帧信号Sig(l)的目指距离mz_dist(l)、第l个大帧信号Sig(l)中的n个小帧信号的每一小帧信号所包含的每一目标的距离值，采用最近邻算法确定与第l个大帧信号Sig(l)对应的n个最临近目标，并记录每个最临近目标的信息。

其中，一个最临近目标的信息包括该最临近目标的距离值及速度值以及其所在的小帧信号的序号。

其中，目指距离是目标的先验距离信息，具体是指雷达在发射信号时雷达与目标的距离。

步骤3，利用与第l个大帧信号Sig(l)对应的n个最临近目标的信息进行波门判断，确定在第l个大帧信号Sig(l)中是否检测到目标；若在第l个大帧信号Sig(l)中检测到目标，则确定第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离以及更新位置若在第l个大帧信号Sig(l)中未检测到目标，则确定第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离goal_dist(l)＝mz_dist(l)以及更新位置其中，m_l，i表示第l个大帧信号Sig(l)对应的n个最临近目标中的第i个最临近目标所在的小帧信号的序号。

其中，cnt表示第l个大帧信号Sig(l)对应的n个最临近目标中满足波门判断的目标个数，dist(p)表示满足波门判断的第p个最临近目标的距离值，m_l，p表示满足波门判断的第p个最临近目标所在的小帧信号的序号，∑(·)表示求和运算。

具体的，步骤3中，利用与第l个大帧信号Sig(l)对应的n个最临近目标的信息进行波门判断，确定在第l个大帧信号Sig(l)中是否检测到目标，具体可以包括：

将第l个大帧信号Sig(l)的n个最临近目标的距离值分别与第l个大帧信号Sig(l)的目指距离mz_dist(l)作差，确定与目指距离mz_dist(l)的差值在比较波门R_gate1范围内的目标个数cnt；

获取预设的判决门限值m₀，判断目标个数cnt是否大于等于预设的判决门限值m₀；若cnt≥m₀，则确定在第l个大帧信号Sig(l)中检测到目标；若cnt＜m₀，则确定在第l个大帧信号Sig(l)中未检测到目标。

步骤4，根据第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离goal_dist(l)以及更新位置TT(l)，采用三点建航方法判断第l个大帧信号Sig(l)对应的目标的航迹状态。

其中，步骤4具体包括以下子步骤：

(4a)当l＝1时，将航迹是否已经建立的标志位track_start、航迹是否开始建立的标志位jh_initial以及航迹是否开始的标志位track_initial初始化为0；

当l≠1时，确定航迹是否已经建立的标志位track_start、航迹是否开始建立的标志位jh_initial以及航迹是否开始的标志位track_initial的取值。

(4b)判断标志位track_start、jh_initial以及track_initial的取值；

若track_start＝1，表示航迹已经建立，利用第l个大帧信号Sig(l)的前一个大帧信号Sig(l-1)对应的滤波距离滤波速度以及目标更新时间TTI(l-1)计算得到预测距离进而根据第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离goal_dist(l)和预测距离确定第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离goal_dist(l)是否满足滤波环路的波门判断；若满足，则利用观测方程、预测方程以及滤波方程，计算得到第l大帧信号对应的滤波距离值和滤波速度值若不满足，则表示第l个大帧信号Sig(l)的目标丢失，令目标丢失次数计数器lose_cnt加1，并判断目标丢失次数计数器lose_cnt是否小于预设的目标记忆跟踪计数M1，若lose_cnt＜M1，令第l个大帧信号Sig(l)对应的滤波距离若lose_cnt≥M1，将标志位track_start、jh_initial以及track_initial置0，重新开始建立航迹；

若track_start＝0，表示航迹还未建立，判断jh_initial是否为1；若jh_initial＝1，表示航迹开始建立，判断第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离dist(l)是否满足航迹建立的波门判断；若满足，置track_start＝1；若不满足，置jh_initial＝0，并将第l个大帧信号Sig(l)作为航迹起始的第一点进行判断；

若track_start＝0且jh_initial＝0，表示航迹还没开始建立，判断track_initial是否为1；若track_initial＝1，判断当第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离goal_dist(l)是否满足航迹建立的波门判断；若满足，置jh_initial＝1；若不满足，置track_initial＝0，并将第l个大帧信号Sig(l)作为航迹起始的第一点进行判断；

若track_start＝0且jh_initial＝0且track_initial＝0，表示航迹还未起始，将第l个大帧信号Sig(l)作为航迹起始的第一点进行判断：判断第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离goal_dist(l)是否满足航迹建立的波门判断；若满足，则置track_initial＝1；若不满足，则表示第l个大帧信号Sig(l)的目标丢失，将标志位track_start、jh_initial以及track_initial置0，将第l个大帧信号Sig(l)下一个大帧信号作为航迹起始的第一点进行判断。

其中，观测方程的表达式为：z_l＝goal_dist(l)，

预测方程的表达式为：

滤波方程的表达式为：

式中，TTI(l)表示所述第l个大帧信号Sig(l)对应的目标更新时间，TTI(l)＝[TT(l+1)+n-TT(l)]*T，TT(l)表示所述第l个大帧信号Sig(l)对应的更新位置，TT(l+1)表示所述第l+1个大帧信号Sig(l+1)对应的更新位置，T表示目标的更新率，α、β表示增益系数，

具体的，步骤4b中，可利用所述第l个大帧信号Sig(l)的前一个大帧信号Sig(l-1)对应的滤波距离滤波速度以及目标更新时间TTI(l-1)，根据上述给出的预测方程，计算得到预测距离

具体的，步骤4b中，根据第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离goal_dist(l)和预测距离确定第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离goal_dist(ｌ)是否满足滤波环路的波门判断，具体可以包括：

对第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离goal_dist(l)和预测距离作差，得到二者的差值确定二者的差值是否小于预设波门R_gatel；若则确定第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离goal_dist(l)满足滤波环路的波门判断；若则确定第l个大帧信号Sig(ｌ)对应的目标距离goal_dist(ｌ)不满足滤波环路的波门判断。

类似的，步骤4b中，判断第l个大帧信号Sig(ｌ)对应的目标距离dist(ｌ)是否满足航迹建立的波门判断，具体可以包括：

对第l个大帧信号Sig(ｌ)对应的目标距离goal_dist(ｌ)和第l-1个大帧信号Sig(ｌ-1)对应的目标距离goal_dist(ｌ-1)作差，得到二者的差值|goal_dist(l)-goal_dist(ｌ-1)|，确定二者的差值|goal_dist(l)-goal_dist(l-1)|是否小于航迹建立的波门R_gate2；若|goal_dist(l)-goal_dist(l-1)|＜R_gate2，则确定第l个大帧信号Sig(l)对应的目标距离goal_dist(l)满足航迹建立的波门判断；若|goal_dist(ｌ)-goal_dist(l-1)|≥R_gate2，则确定第l个大帧信号Sig(ｌ)对应的目标距离goal_dist(ｌ)不满足航迹建立的波门判断。

步骤5，令l加1，判断l是否小于等于k，若l≤k，则转至步骤2，直至l＞k，即得到目标的跟踪轨迹。

相比现有技术，本发明实施例提供的基于多频点回波信息融合的目标跟踪方法，具有以下优点：

1)提高了跟踪精度，跟踪航迹更加平滑。传统的单频单帧跟踪方法，由于受到多径效应的影响，单帧单个频率下目标的检测会受到影响，有的帧会出现目标丢失，甚至会出现连续几帧都没有检测到目标，这样对于跟踪情况会造成一定的影响，使得跟踪航迹出现毛刺，跟踪不平滑，跟踪精度也会下降。本发明方法，利用多频信息提高了检测概率，同时，对于连续帧丢目标的情况也由一定的改善，多频一组的目标信息，提前在小范围内对目标的选取进行了第一步判断处理，而更新率也可以灵活变动，能保证目标更加平滑稳定的跟踪。

2)计算简单，程序执行效率提高。现有的传统单频跟踪方法，每一帧的目标信息都需要进行目标判断，以及进入滤波环路。而本方法提出的多频多帧跟踪方法，是在一组多频目标信息融合之后，再对融合后的目标进行判断以及滤波，实际上，滤波程序的执行时间比多频目标融合的执行时间要多得多，单就滤波时间而言，本发明方法的程序执行时间是传统方法的1/n，极大地提高了程序的执行效率，降低了计算复杂度。

以下通过仿真实验对本发明上述效果进行进一步验证：

1.仿真实验参数设置：

仿真得到1000帧目标信息，其中载频个数为5，距离分辨率为6.25m，更新率T＝4ms。

2.仿真实验内容及结果分析：

利用传统的单帧跟踪方法是对1000帧目标回波信息中每一帧都进行航迹判断，再进行滤波。采用本发明方法对每5帧目标回波信息进行多频融合判断，再对融合判断后得到的200组目标进行滤波跟踪。

实验结果如图2所示，图中直线表示目标的测量距离值，带有圆圈的直线表示传统跟踪方法获得的跟踪距离，带有*号的直线表示本发明方法获得的跟踪距离。从图2可以看出，当目标进入稳定跟踪之后，传统跟踪方法的跟踪距离会随着量测距离值的波动而产生起伏；本发明提出的多频融合的目标跟踪方法，跟踪距离不会随着量测距离值的大幅度波动而产生大的起伏，在计算量大幅度降低的情况下，跟踪平滑性能得到了很大的改善。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。