一种基于迭代处理的动态规划检测前跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达目标检测领域，特别涉及了雷达对微弱目标检测前跟踪技术领 域。
【背景技术】
[0002] 当前雷达对目标的探测技术面临着严峻的挑战。隐身目标的反射截面积小，目标 距离雷达较远以及实际应用中遇到的山地，城市等强杂波背景都使得目标回波相对于杂波 很弱，目标的信噪比大大下降，难以被检测。
[0003] 基于动态规划的检测前跟踪算法是一种有效的检测跟踪微弱目标的方法。它通过 对值函数的积累联合处理多帧回波数据，是穷尽搜索的一种等效实现，但其效率远远高于 穷尽搜索。近来，该方法被广泛应用于雷达跟踪，图像处理等领域。虽然它可以有效地检测 和跟踪微弱目标，但是由于其在每一时刻都需要计算所有状态的值函数，当接收到的回波 数据量很大时，该方法所需的计算量会迅速增加。并且由于动态规划算法是一种批处理的 方法，为了长时间跟踪目标，在实际应用中需要结合滑窗处理技术，导致每帧回波数据被重 复处理多次，进一步增加算法的计算负担，很难实现对目标的实时跟踪。特别是当目标的 信噪比比较低时，为了提高对目标的检测能力，一次滑窗内处理的数据帧数增多，算法的计 算量也会随之急剧增加，大大延长了系统的信号处理时间，降低系统的实时性，给目标的检 测跟踪带来很大的困难。因此，为了满足雷达探测实时性要求，研宄能够降低计算量的动态 规划算法是十分关键的。国内外学者也对这个问题做了一定的研宄。文献"Thresholding Process Based Dynamic Programming Track-Before-Detect Algorithm, IEICE Trans Commun，vol. E96. B，291-300, 2013"采用第一低门限检测单帧数据，筛选可能是目标的 点迹，然后利用动态规划算法处理这些离散的点迹，恢复目标航迹；文献"A new TBD-DP algorithm using multiple IR sensors to locate the target launch point， proc of SPIE，vol. 8185, p81850P，2011"提出了一种降低接收图像的分辨率以减少待处理数据的数 量的动态规划算法。但这些方法只是降低了单次滑窗内的数据处理量，并不能从本质上解 决执行多次滑窗处理导致的回波数据被重复计算的问题，在长时间跟踪目标时算法的计算 复杂度任然非常高，难以保证系统的实时性。
【发明内容】
[0004] 本发明针对【背景技术】的不足所要解决的技术问题是，提供一种计算量小、检测更 精确的快速尚效的多帧检测如跟踪的值函数积累方法。
[0005] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种基于迭代处理的动态规划 检测前跟踪方法，包括一下步骤：
[0006] 步骤1、初始化系统参数：
[0007] 初始化观测总帧数M，动态规划检测前跟踪算法的滑窗长度为K，利用蒙特卡洛仿 真实验计算出检测门限V t，初始化变量k = 1 ;
[0008] 步骤2、从雷达接收机中读取第k帧量测；
[0009] 步骤3、积累动态规划值函数：
[0010] 如果k = 1，那么用各个量化状态对应的第一帧回波数据的幅度值初始化该状态 的值函数；
[0011] 如果k辛1，那么各个量化状态的值函数为可能转移到该状态的前一帧状态的值 函数的最大值与该状态对应的幅度值之和；
[0012] 步骤4、如果k〈K，那么令k = k+Ι，返回步骤2 ;否则，执行步骤5 ;
[0013] 步骤5、门限检测：将步骤4获得的值函数与门限Vt比较，若大于门限，则认为该状 态为候选目标状态，将其存入集合D ;
[0014] 步骤6、航迹恢复：
[0015] 对集合D中每个候选目标状态，进行航迹恢复，对恢复后的航迹存入集合T中，然 后令D = Φ ;
[0016] 步骤7、航迹关联：
[0017] 如果k = K，根据集合T中的每条短航迹起始一条新航迹存入集合f中，执行步骤 8 ；
[0018] 如果 k>K，初始化 i = 1，j = 0 ;
[0019] 7. 1.如果j〈N，N为集合f中的航迹数，那么j = j+1，执行步骤7. 2 ;否则，用集 合T中的第i条航迹、起始一条新航迹，存入集合IT中，然后执行步骤7. 3 ;
[0020] 7.2.如果f中的第j条航迹（已关联，那么，返回步骤7. 1 ;如果 < 没有关联，将集 合T中的第i条航迹&与 <进行比较，如果两条航迹在k-Κ+Ι~k-Ι时刻的误差小于一个 预先给定的经验值，那么，将它们关联，用h的最后一个状态更新 <，并记录《为已关联，然 后执行步骤7. 3 ;如果两条航迹的误差超出经验值，那么，返回步骤7. 1 ;
[0021] 7. 3.如果i〈NW为集合T中的航迹数，那么，i = i+1，j = 0,返回步骤7. 1 ;
【主权项】
1. 一种基于迭代处理的动态规划检测前跟踪方法，包括一下步骤： 步骤1、初始化系统参数： 初始化观测总帖数M，动态规划检测前跟踪算法的滑窗长度为K，利用蒙特卡洛仿真实 验计算出检测口限Vt，初始化变量k= 1 ; 步骤2、从雷达接收机中读取第k帖量测； 步骤3、积累动态规划值函数： 如果k= 1，那么用各个量化状态对应的第一帖回波数据的幅度值初始化该状态的值 函数； 如果k声1，那么各个量化状态的值函数为可能转移到该状态的前一帖状态的值函数 的最大值与该状态对应的幅度值之和； 步骤4、如果k<K，那么令k=k+1，返回步骤2 ;否则，执行步骤5 ; 步骤5、口限检测；将步骤4获得的值函数与口限Vt比较，若大于口限，则认为该状态为 候选目标状态，将其存入集合D; 步骤6、航迹恢复： 对集合D中每个候选目标状态，进行航迹恢复，对恢复后的航迹存入集合T中，然后令D =巫； 步骤7、航迹关联： 如果k=K，根据集合T中的每条短航迹起始一条新航迹存入集合r中，执行步骤8 ; 如果k〉K，初始化i= 1，j= 0 ; 7. 1.如果j<N，N为集合r中的航迹数，那么j=j+1，执行步骤7. 2 ;否则，用集合T中 的第i条航迹ti起始一条新航迹，存入集合下中，然后执行步骤7. 3 ; 7. 2.如果T*中的第j条航迹已关联，那么，返回步骤7. 1 ;如果聲没有关联，将集合 T中的第i条航迹ti与 进行比较，如果两条航迹在k-K+1~k-1时刻的误差小于一个预 先给定的经验值，那么，将它们关联，用ti的最后一个状态更新并记录/p为已关联，然 后执行步骤7. 3 ;如果两条航迹的误差超出经验值，那么，返回步骤7. 1 ; 7.3.如果KN'，N'为集合T中的航迹数，那么，1 = 1+1〇' = 0，返回步骤7.1;否则， 航迹关联结束，将节并入T*，然后令！；'二本，T= : 步骤8、输出r中的航迹； 步骤9、估计状态值函数： 如果k<M，将步骤4获得的值函数减去第k-K+1帖（即此时滑窗中的第一帖）的值函 数，获得新的值函数；然后令k=k+1，返回步骤2 ; 如果k>M，停止计算。
2. 如权利要求1所述的一种基于迭代处理的动态规划检测前跟踪方 法，其特征在于所述步骤3中如果k声1，那么各个状态的值函数的为可能转 移到该状态的前一帖状态的值函数的最大值与该状态对应的幅度值之和，即
并记录Xk对应的上一帖状态
其中第k帖量测为Zk={zk(m，n)，1《m《Nx，1《n《Ny}，Zk(m，n)表示第k帖回波数 据在量测单元（m，n)中的幅度值，Ny，Ny分别为X方向和Y方向量化单元的个数，ZiA, (Kk) 表示1~k时刻的回波数据集合，Xk表示第k帖的任一量化状态，I(?)表示状态Xk的值函 数，T(Xk)表示可能转移到Xk的第k-1时刻状态的集合，Z(Xk)表示状态Xk对应的幅度值。
3.如权利要求1所述的一种基于迭代处理的动态规划检测前跟踪方法，其特征在于所 述步骤9中如果k<M，对第k帖的每个量化状态Xk，令i=k,k-1,'''k-K+S利用中记 录的状态转移关系找到Xk对应的k-K+1时刻的状态Xk_w;然后，估计Xk的值函数： I(xJZk_K+2:k)=I(Xk|Zk-K+l:k)-Z(Xk-K+i)，令k=k+l，返回步骤 2。
【专利摘要】本发明公开了一种基于迭代处理的动态规划检测前跟踪算法，解决了传统的基于滑窗处理的动态规划检测前跟踪算法计算量大的问题，同时改善了算法对目标航迹的估计精度，降低了算法的虚警率。它的特点是在利用动态规划算法跟踪目标时，根据前一时刻计算的值函数估计当前时刻的值函数。它在各时刻只迭代处理相邻的两帧数据，而不需要联合处理多帧数据，打破了传统的滑窗处理结构，不仅有效地解决了传统方法中回波数据被重复处理导致的计算量剧增的问题，还提高了算法对目标航迹的估计精度，减小噪声状态的值函数，从而在保证实时跟踪目标的同时，提供更加准确的目标运动路径并抑制虚警的产生，大大提升了算法的性能。
【IPC分类】G01S13-66, G01S7-41
【公开号】CN104793200
【申请号】CN201510164452
【发明人】易伟, 王经鹤, 李溯淇, 方梓成, 孔令讲, 崔国龙, 张紫薇, 李雪婷, 杨东超
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月9日