一种基于相位的动态规划检测前跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达目标检测跟踪技术，特别涉及复高斯背景下起伏微弱目标雷达检 测跟踪技术。
【背景技术】
[0002] 随着隐身技术的日趋成熟，飞机、导弹等目标的雷达截面积减小了一到两个数量 级，同时包括直升机，小型无人机、低速飞行器等低空飞行的慢速小目标的大量军事运用， 使得在机载火控、机载预警、地面情报、舰载雷达等各领域都面临到弱小目标探测难的问 题。因此，对微弱目标的检测与跟踪成为雷达急需解决的技术问题。
[0003] 动态规划检测前跟踪方法是一种有效的微弱目标检测跟踪方法，其对多帧雷达 回波数据进行联合处理，通过积累目标航迹值函数对所有可能的航迹搜索，从而估计目标 的真实状态。现有动态规划检测前跟踪方法目标航迹值函数有两种：（1)幅度；（2)包络 对数似然比。这两种目标航迹值函数均未利用相位信息，相位信息的未利用使得目标检 测跟踪性能下降，不利于微弱目标的检测跟踪。为提高对恒定幅度微弱目标的检测跟踪 性能，Davey等人提出了基于复似然比的检测前跟踪方法，参见文献"S.~J.Davey，M.~ G.Rutten,andB.~Cheung，Usingphasetoimprovetrack-before-detect，〃IEEE Trans.Aerosp.Electron.Syst.，vol. 48,no. 1，pp. 832-849,Jan. 2012"，结果显亦相位信息 可以有效的提_对恒定幅度目标的检测跟踪性能。
[0004] 然而真实目标的雷达截面积不可能用一个简单的常数。通常即使对于简单的目 标，雷达截面积也是视线角、频率、计划的复杂函数。Swelling3起伏目标模型为常用起伏 目标模型，其表征雷达截面积概率密度函数为4°x2分布的目标，为很多小散射体和一个 强散射体的近似解，其中强散射体的雷达截面积等于小散射体雷达截面积和的倍。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对现有动态规划检测前跟踪方法在跟踪Swerling3起伏目标 时存在的检测跟踪概率低的问题，改进设计了一种基于相位的动态规划检测前跟踪方法， 利用相位信息提高对Swerling3起伏微弱目标的检测跟踪性能及系统稳定性的目的。
[0006] 本发明提供了一种基于相位的动态规划检测前跟踪方法，该方法包括：
[0007] 步骤1:初始化系统参数包括：数据平面大小NxXNy，处理帧数K，状态转移数q，利 用蒙特卡洛仿真实验计算出的门限VT，目标点扩散函数h(xk)，噪声平均功率〇n，目标平均 功率〇 t;
[0008] 步骤2:对每一帧每个分辨单元进行目标航迹值函数赋值：每一帧每个分辨单元 对应的目标航迹值函数为该分辨单元对应的复似然比；
[0009] 步骤3、通过动态规划算法对前K帧中所有可能的目标航迹进行搜索，并记录各目 标航迹在每帧对应的分辨单元的位置信息，将前K帧中属于同一目标航迹的分辨单元对应 的目标航迹值函数进行叠加，得到该目标在第K帧的目标判定值；
[0010] 步骤4、将第K帧每个目标判定值与设定的门限\进行比较，若高于门限，则认定 该判定值对应分辨单元中有目标存在；若第K帧所有目标判定值都低于门限，则宣布目标 不存在；
[0011] 步骤5、如果步骤4认定目标存在，利用步骤3记录的该目标前K帧位置信息，恢复 目标的航迹；
[0012] 步骤6 :虚假航迹删除：将步骤5中恢复得到的所有目标航迹进行对比，如果有多 条航迹在某一帧具有相同位置，则将这些航迹中具有最大目标判定值的航迹作为真实目标 航迹，删除其余航迹；
[0013]步骤7、输出目标航迹。
[0014] 所述步骤2的具体步骤为：
[0015] 步骤2. 1、计算每一帧每个分辨单元对应的复似然比：对分辨单元（i，j)，假设 其中包含目标，则目标状态为xk= [i，vx，j，vy]，其中目标的位置为（i，j)，目标的速度为 (vx,vy)，则该分辨单元对应的复似然比为
【主权项】
1. 一种基于相位的动态规划检测前跟踪方法，该方法包括： 步骤1 :初始化系统参数包括：数据平面大小NxXNy,处理帧数K，状态转移数q，利用蒙 特卡洛仿真实验计算出的门限\，目标点扩散函数h(xk)，噪声平均功率〇n，目标平均功率 0t； 步骤2 :对每一帧每个分辨单元进行目标航迹值函数赋值：每一帧每个分辨单元对应 的目标航迹值函数为该分辨单元对应的复似然比； 步骤3、通过动态规划算法对前K帧中所有可能的目标航迹进行搜索，并记录各目标航 迹在每帧对应的分辨单元的位置信息，将前K帧中属于同一目标航迹的分辨单元对应的目 标航迹值函数进行叠加，得到该目标在第K帧的目标判定值； 步骤4、将第K帧每个目标判定值与设定的门限\进行比较，若高于门限，则认定该判 定值对应分辨单元中有目标存在；若第K帧所有目标判定值都低于门限，则宣布目标不存 在； 步骤5、如果步骤4认定目标存在，利用步骤3记录的该目标前K帧位置信息，恢复目标 的航迹； 步骤6 :虚假航迹删除：将步骤5中恢复得到的所有目标航迹进行对比，如果有多条 航迹在某一帧具有相同位置，则将这些航迹中具有最大目标判定值的航迹作为真实目标航 迹，删除其余航迹； 步骤7、输出目标航迹。
2. 如权利要求1所述的一种基于相位的动态规划检测前跟踪方法，其特征在于所述步 骤2的具体步骤为： 步骤2. 1、计算每一帧每个分辨单元对应的复似然比：对分辨单元（i，j)，假设其中包 含目标，则目标状态为Xk= [i，vx，j，Vy]，其中目标的位置为（i，j)，目标的速度为（vx，vy)， 则该分辨单元对应的复似然比为
zk(i，j)表示分辨单元（i，j)对应的量测值；Zk=[zk(l，l),… ，21;(1，乂)，21;(2，1)，~，21;(1，乂)] 1表示第1^帧量测值的集合；（〇1表示转置； /!(?) = …為丨（?),/尸)（?),…，A-) (xk) ;1彡m彡Nx, 1彡n彡Ny表示目标能量对分辨单元（m,n)的贡献；Nx表示数据平面的 行数，Ny表示数据平面的列数，hH(xk)表示h(xk)的共轭转置，Mmci表示参数为-1.5,0的 Whittaker函数。 步骤2. 2、将第k帧第（i，j)个分辨单元对应的目标航迹值函数赋值为步骤2. 1中计算 得到的该分辨单元对应的复似然比。
3. 如权利要求1所述的一种基于相位的动态规划检测前跟踪方法，其特征在于所述步 骤3的具体步骤为： 步骤3. 1、对第1帧各距离分辨单元目标判定值赋值：第1帧各个距离分辨单元对应的 目标判定值为该距离分辨单元在步骤2. 3中计算得到的目标航迹值函数； 步骤3. 2、对第2帧各距离分辨单元目标判定值赋值：假定第2帧每个分辨单元中存在 一个目标，判定第2帧每个目标在第1帧中可能存在的区域，寻找出该区域中目标判定值最 大的分辨单元并记录该单元的位置，第2帧相应分辨单元的目标判定值为第1帧中找出的 最大目标判定值与第2帧该分辨单元对应的目标航迹值函数的和； 步骤3. 3、采用与步骤3. 2相同的方法计算出第3帧至第K帧的目标判定值。
4. 如权利要求3所述的一种基于相位的动态规划检测前跟踪方法，其特征在于所述步 骤3中K的取值为3~20。
5. 如权利要求1所述的一种基于相位的动态规划检测前跟踪方法，其特征在于所述步 骤6的具体步骤为： 步骤6. 1、将没有经过判定的所有目标航迹中，在第K帧具有最大目标判定值的目标航 迹判定为真实目标航迹； 步骤6. 2、将每一条没有经过判定的目标航迹与真实目标航迹进行比较，如果该航迹与 真实目标航迹在某帧具有相同位置，则将该航迹判定为虚假航迹； 步骤6. 3、若仍有没有经过判定的目标航迹，则重复步骤6. 1、步骤6. 2直到所有目标航 迹都经过判定。
【专利摘要】该发明提供了一种基于相位的动态规划检测前跟踪方法，属于雷达目标检测跟踪技术领域，特别涉及了复高斯噪声背景下起伏目标检测跟踪技术领域。当接收到雷达回波数据后，利用相位信息计算复似然比，通过积累复似然比对所有可能的航迹进行搜索，估计目标状态。该方法较之现有动态规划检测前跟踪算法，通过利用相位信息，能够更好的体现目标与噪声的差异，提高对起伏目标的检测跟踪性能。
【IPC分类】G01S13-66, G06F19-00
【公开号】CN104714226
【申请号】CN201510133826
【发明人】孔令讲, 姜海超, 李小龙, 卢术平, 易伟, 崔国龙, 杨晓波, 陈建
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月25日