一种多目标检测前跟踪方法
【专利摘要】该发明公开了一种多目标检测前跟踪方法，属于雷达技术领域，涉及目标检测跟踪方法，可用于强噪声/杂波环境中的雷达微弱目标检测跟踪处理。针对现有动态规划算法存在的值函数扩展问题，本发明提出了一种新的多目标检测前跟踪算法，该算法采用新的值函数计算方式，消除值函数扩展现象，从而达到减小虚假航迹数目，提高雷达对临近目标的检测跟踪性能的目的。通过对值函数计算进行修正，有效的消除了值函数扩展现象，由此减少了过门限的值函数个数，从而减少了虚假航迹的条数，并且提高了临近目标的检测跟踪性能。
【专利说明】
一种多目标检测前跟踪方法
技术领域
[0001 ]本发明属于雷达技术领域，涉及目标检测跟踪方法，可用于强噪声/杂波环境中的 雷达微弱目标检测跟踪处理。
【背景技术】
[0002] 随着雷达探测目标和工作环境的日益复杂化，雷达难以有效的探测如远程的攻击 性目标、隐藏于地海强杂波中的目标、隐身目标等，雷达预警时间增加、威力范围降低，给国 家安全带来了严重的威胁。
[0003] 利用信号处理方式来实现对微弱目标的检测跟踪，手段灵活，成本较低，应用前景 广阔。通常可以利用检测前跟踪算法，联合处理多帧数据，对目标能量进行积累，改善回波 信噪比，从而提高雷达对微弱目标的检测跟踪能力。
[0004] 检测前跟踪算法主要包括:霍夫变换检测前跟踪算法、粒子滤波检测前跟踪算法 和动态规划检测前跟踪算法。其中动态规划检测前跟踪算法对可能的目标航迹进行量测值 积累，如果积累值(称之为值函数)超过给定门限，则认定该条航迹为目标航迹。
[0005] 然而，动态规划检测前跟踪算法存在值函数扩展问题，即目标状态及临近目标状 态的噪声状态对应的值函数明显高于其余噪声状态的值函数。值函数扩展增加了虚警航迹 数目，降低了雷达对临近目标的检测跟踪性能。
【发明内容】
[0006] 针对现有动态规划算法存在的值函数扩展问题，本发明提出了一种新的多目标检 测前跟踪算法，该算法采用新的值函数计算方式，消除值函数扩展现象，从而达到减小虚假 航迹数目，提高雷达对临近目标的检测跟踪性能的目的。
[0007] 本发明的技术方案是一种多目标检测前跟踪方法，该方法包括如下步骤：
[0008] 步骤1:获取回波信号；
[0009] 步骤2:获取每帧回波信号对应的状态空间Xk及状态空间中各个状态对应分辨单 元的量测值；
[0010] 步骤3:值函数初始化:将第1帧各个分辨单元的量测值Z1(X1)赋值给该分辨单元对 应的状态的值函数Ii(x〇;
[0011] 步骤4:值函数迭代：
[0012] 步骤4.1:对第k帧数据，获取第k-1帧最大值函数t;
[0013] 步骤4? 2:获取该最大值函数对应的状态％_i ;
[0014] 步骤4.3:寻找状态毛_,转移至第神贞的有效转移状态集合〇(毛_1);
[0015] 步骤4.4:计算集合叫毛J中状态对应的最大量测值& (毛）;然后寻找该最大量测 值对应的状态毛，认定氧4转移到為并记录状态转移关系；
[0016] 步骤4.5:更新值函数/*(元jU**--0 + 4(4)，然后令= (毛) = 〇;
[0017] 步骤4.6:采用步骤4.1~步骤4.5相同的方法，确定第2帧到第K帧各状态对应的状 态转移关系和对应值函数的更新；
[0018] 步骤5:对于第K帧，寻找值函数大于指定门限的状态；
[0019] 步骤6:针对步骤5得到的状态，根据状态转移关系的记录回溯其对应的目标航迹；
[0020] 步骤7:获得航迹及检测结果。
[0021] 本发明通过对值函数计算进行修正，有效的消除了值函数扩展现象，由此减少了 过门限的值函数个数，从而减少了虚假航迹的条数，并且提高了临近目标的检测跟踪性能。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的流程框图。
[0023]图2为目标真实航迹。
[0024]图3为传统动态规划检测前跟踪算法处理得到的二维值函数示意图。
[0025]图4为传统动态规划检测前跟踪算法处理得到的目标航迹示意图，其中带"+"的实 线表示动态规划检测前跟踪算法恢复得到的航迹，带"0"的实线表示真实目标航迹。
[0026] 图5为本发明处理得到的二维值函数示意图。
[0027] 图6为本发明处理得到的目标航迹示意图，其中带"+"的实线表示本发明恢复得到 的航迹，带V'的实线表示真实目标航迹。
【具体实施方式】
[0028] 本发明较之传统动态规划检测前跟踪方法可以有效的消除值函数扩展现象，减少 虚假航迹数目，提高对临近目标的检测跟踪性能。
[0029]本发明主要采用仿真试验的方法进行验证，所有步骤、结论都在MATLAB R2012b上 验证正确。具体实施步骤如下：
[0030] 步骤1:系统参数初始化。距离单元个数Nr = 30，方位单元个数Ne = 30，距离维的最 小速度Vi = -1，距离维的最大速度V2 = 1，方位维的最小速度V3 = -2，方位维的最大速度V4 = 2，积累帧数K = 6，状态转移数q = 9，检测门限VT= 14.1463。
[0031] 步骤2:建立每帧的状态集合。对于第k(l<k<K)帧，状态集合表示为Xk={[i，r， j jiK，Ki彡Nr, 1彡j彡No，Vi彡r彡V2，V2彡S彡V2}，其中i表示距离方向上的位置，r表示距 离方向上的速度，j表示方位方向上的位置，s表示方位方向上的速度。
[0032] 步骤3:值函数初始化。对于第1帧的每个状态X1 = [ i，r，j，s ]' G Xi，对其对应的值 函数Ii(xi)赋值，即Ii(xi)=zi(xi)，其中zi(xi)表示第1帧分辨单元(i，j)中的量测值。并令 Si (X1) = 0，其中Si (X1)记录状态转移关系，即状态X1在前1帧对应的状态。
[0033] 步骤4:值函数迭代。
[0034] 步骤4.1:对于2彡k彡K，寻找第k-1帧的最大值函数，niax UaJ。 ^-ie xk-i
[0035] 步骤4.2:获取该最大值函数对应的状态毛_1:，即11=嗎^^> 1(\|)。
[0036] 步骤4.3:寻找状态毛q转移至第k帧的有效转移状态集合 a (i, ,) = |[/ + r- Sri\ j + s- 4, -v] j > 6,. Oj e - ^Jq/l : - ^jq/l + ^Jq -1 ,
[0037] 步骤4.4:计算集合0(毛_1)中状态对应的最大量测值，8卩€'^1/"^。然后寻 找该最大量测值对应的状态毛，即毛(心)。认定％4转移到％并记录状态转 移关系，即& (元）=毛-1;
[0038] 步骤4 ? 5:更新值函数 A-(毛)：4 (= /h (L)+A (元)，然后令) = 0，r((毛）=0 ;
[0039] 步骤4.6:采用步骤4.1~步骤4.5相同的方法，确定第2帧到第K帧各个状态对应的 状态转移关系和对应值函数的更新；
[0040] 步骤5 :检测判决。对于第K帧，寻找值函数大于指定门限VT的状态，即 {} = {: {XK) > } a
[0041] 步骤6:航迹回溯。针对步骤5得到的状态，根据状态转移关系的记录回溯其对应的 目标航迹，即:对于k=K-l，K-2,…，1，元=& +1(元+1)，则回溯得到的航迹为{毛,…,^}。 [0042]步骤7:航迹及检测结果输出。
[0043]如图3所示，传统动态规划检测前跟踪算法处理之后的目标状态的值函数及邻近 目标状态的噪声状态的值函数明显大于其余噪声状态的值函数，这就是值函数扩展现象。 如图4所示，传统动态规划检测前跟踪方法处理之后产生许多虚假航迹，并且临近目标不易 正确跟踪(在本仿真中，目标2没有得到正确的跟踪）。由图5可以看到，本发明可以有效的消 除值函数扩展现象，更确切的说在本发明处理之后，目标状态的值函数明显大于噪声状态 的值函数，从而实现了突显目标，抑制噪声，改善回波信噪比的目的。由图6可以看出本发明 可以有效的减少虚假航迹的数目并且提高临近目标的检测跟踪性能(在本仿真中，目标2得 到正确的跟踪）。
【主权项】
1. 一种多目标检测前跟踪方法，该方法包括如下步骤： 步骤1:获取回波信号； 步骤2:获取每帧回波信号对应的状态空间Xk及状态空间中各个状态对应分辨单元的量 测值； 步骤3:值函数初始化:将第1帧各个分辨单元的量测值Z1(X1)赋值给该分辨单元对应的 状态的值函数Ii(xi); 步骤4:值函数迭代： 步骤4.1:对第k帧数据，获取第k-Ι帧最大值函数τ; 步骤4.2:获取该最大值函数对应的状态毛; 步骤4.3:寻找状态转移至第k帧的有效转移状态集合μ 步骤4.4:计算集合中状态对应的最大量测值4 (? );然后寻找该最大量测值对 应的状态吞，认定夫μ转移到乓并记录状态转移关系； 步骤4 · 5:更新值函数Λ (毛）二(毛_,) + & (?)，然后令/t_,(毛-,）=0，& (毛）=0 ; 步骤4.6:采用步骤4.1~步骤4.5相同的方法，确定第2帧到第K帧各状态对应的状态转 移关系和对应值函数的更新； 步骤5:对于第K帧，寻找值函数大于指定门限的状态； 步骤6:针对步骤5得到的状态，根据状态转移关系的记录回溯其对应的目标航迹； 步骤7:获得航迹及检测结果。
【文档编号】G01S13/66GK105929390SQ201610241167
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】易伟, 姜海超, 卢术平, 郭世盛, 孔令讲, 杨晓波, 崔国龙, 汪兵
【申请人】电子科技大学