一种基于空间栅格数据对齐的多通道量测信息配置方法与流程

本发明属于雷达目标检测技术领域，特别涉及多站点分布式网络雷达信号级联合目标检测技术。

背景技术：

随着科学技术的发展，隐身飞机、隐身无人机、巡航导弹等隐身目标其后项散射截面小极大挑战了现代防空网系统，为应对隐身目标的威胁，采用分布式多节点的网络雷达系统，通过在不同维度上采用空间分集、频率分集、极化分集等技术可以有效的克服基于后向散射特性的隐身目标探测难的问题。现阶段采用分布式网络雷达技术探测隐身等目标仍停留在理论探索阶段，对于如何在实际应用中实现该技术仍是一个难题。多源多维信号联合处理技术是分布式网络雷达探测系统中的一项关键技术，其中多站点雷达信号级联合检测技术是实现分布式网络雷达有效探测隐身目标的重要关键技术。信号级联合检测理论研究大多建立在很多假设之上，如多站点雷达的各通道检测单元理想配准、不考虑各站点雷达波束参数对目标检测的影响、不考虑目标散射特性在不同站点通道内服从非独立同分布特征等。这些假设在实际应用中往往是不成立的，因此，需要充分考虑实际情况研究分布式网络雷达信号处理技术，具有重要的实际意义和工程实现价值。

大部分传统关于信号级雷达检测的研究都是基于一个前提假设的，即在选定的距离单元(检测单元)上来进行信号级检测，然后依次遍历距离单元，实现对空间检测区域的信号级检测。多站点雷达信号级联合检测技术需首先考虑对于各通道而言，应选择其中哪一个距离单元应作为和其他通道联合检测的检测单元，即对多通道检测单元进行配准就成为需要解决的问题。传统的信号级检测方法如停留在理论分析阶段，普遍没有考虑实际应用中存在的如何对多通道检测单元进行配准的问题，参见文献(Janatian N,Modarres-Hashemi M,Sheikhi A.“Cfar detectors for mimo radars”,Circuits,Systems,and Signal Processing,Vol.32,No.3,pp.1389-1418,Jun.2013.)。直觉解决该问题的方法是遍历各个波束交叠区域的物理分辨单元，这样存在计算量随雷达个数指数增长问题，不利于工程实现。因此，受多站点信号级定位技术启发，采用空间栅格技术实现多路通道的目标检测单元的配准，该发方法计算结构简单、计算复杂度低、便于实际应用。

技术实现要素：

本发明为解决上述技术问题，提出了一种基于空间栅格数据对齐的多通道量测信息配置方法，通过空间规则划分解决了传统方法空间纵横失配的问题，实现了标准化的数据检索，极大的降低了计算量，同时保持了较高的检测性能。

本发明采用的技术方案是：一种基于空间栅格数据对齐的多通道量测信息配置方法，包括：

S1、对空间监视区域进行空间栅格划分，将空间监视区域均匀划分为经度、纬度、高度分别为ΔLo×ΔLa×ΔH大小的共Gmax个矩形空间栅格，依次对每个空间栅格编号为NG1,NG2,…,NGmax；

S2、确定各空间栅格中心点对应各雷达的方位角θ，俯仰角以及距离rs，并根据各栅格几何中心对应各雷达站点的方位角θ，俯仰角以及距离rs建立空间栅格位置信息集；

S3、记录所有被照射的空间栅格的编号，构建栅格检索矩阵；

S4、确定雷达照射模式，将步骤S3中的栅格检索矩阵与确定的雷达照射模式一一对应，得到二维栅格-模式检索矩阵；

S5、根据栅格位置信息集提供的栅格对应各雷达的方向角θ信息，建立基于模式标号的空间栅格对应各通道经过预处理后的雷达回波信号的方向角检索信息，所述方向角检索信息包括发射方向角索引以及接收方向角索引

S6、根据栅格位置信息集提供的栅格对应各雷达的俯仰角信息，建立基于模式标号的空间栅格对应各通道经过预处理后的雷达回波信号的俯仰角检索信息，所述俯仰角检索信息包括发射俯仰角索引以及接收俯仰角索引

S7、根据栅格位置信息集提供的栅格对应各雷达的距离信息，建立基于模式标号的空间栅格对应各通道经过预处理后的雷达回波信号的距离单元索引

S8、根据距离单元索引发射方向角索引接收方向角索引发射俯仰角索引接收俯仰角索引这六维信息，得到个雷达的离线栅格数据表；

S9、去除离线栅格数据表中没有被波束照射的冗余栅格，得到更新后的离线栅格数据表。

进一步地，步骤S5所述空间栅格对应发射方向角索引的过程为：

A1、通过步骤S2得到空间栅格到对应编号为i的雷达的发射方位角θit；

A2、确定该雷达的各个发射波束方向角；

A3、计算各发射波束方向角与θit的夹角，若是夹角大于发射波束的方向角最大覆盖角度，则空间栅格对应发射波束方向角索引为空；否则，找出使得夹角最小的发射波束方向角作为空间栅格对应发射波束方向角索引。

进一步地，步骤S5所述空间栅格对应接收方向角索引的过程为：

B1、通过步骤S2得到空间栅格到对应编号为i的雷达的接收方位角θir；

B2、确定该雷达的各个接收波束方向角；

B3、计算各接收波束方向角与θir的夹角，若是夹角大于接收波束的方向角最大覆盖角度，则空间栅格对应接收波束方向角索引为空；否则，找出使得夹角最小的接收波束方向角作为空间栅格对应接收波束方向角索引。

进一步地，步骤S6所述空间栅格对应发射俯仰角索引的过程为：

A`1、通过步骤S2得到空间栅格到对应编号为i的雷达的发射俯仰角

A`2、确定该雷达的各个发射波束俯仰角；

A`3、计算各发射波束俯仰角与的夹角，若是夹角大于发射波束俯仰角的最大覆盖角度，则空间栅格对应发射波束俯仰角索引为空；否则，找出使得夹角最小的发射波束俯仰角作为空间栅格对应发射波束俯仰角索引。

进一步地，步骤S6所述空间栅格对应接收俯仰角索引的过程为：

B`1、通过步骤S2得到空间栅格到对应编号为i的雷达的接收俯仰角

B`2、确定该雷达的各个接收波束俯仰角；

B`3、计算各接收波束俯仰角与的夹角，若是夹角大于接收波束的俯仰角最大覆盖角度，则空间栅格对应接收波束俯仰角索引为空；否则，找出使得夹角最小的接收波束俯仰角作为空间栅格对应接收波束俯仰角索引。

进一步地，步骤S4所述的确定雷达照射模式，具体为每个时刻确定一种雷达照射模式。

进一步地，步骤S9所述更新的离线栅格数据表按照区域编号、发射波位编号、接收雷达编号、发射雷达编号分别进行结构化存储。

本发明的有益效果：本发明首先对空间监测区域进行空间栅格划分，利用空间栅格与各雷达几何关系计算空间栅格对应各雷达俯仰-方位-距离信息，记录这些栅格的标号，构建栅格检索矩阵；然后确定波束的扫描照射模式，将栅格检索矩阵与照射模式一一对应，得到二维栅格-模式检索矩阵；最后将空间栅格方位-俯仰-距离信息映射为基于模式标号的本地栅格信息数据检索表，依据栅格数据表提取各栅格对应的检测单元，将各通道检测单元对应的量测积累作为检测统计量，对监视平面进行检测；本发明的方法通过空间规则划分解决了传统方法空间纵横失配的问题，实现了标准化的数据检索，极大的降低了计算量，同时保持了较高的检测性能；本发明的优点在于充分利用了各检测后点的多波束中有价值的目标回波信息，实现了基于空间栅格信号级联合检测，相较传统的遍历所有波束照射模式和回波信号距离单元的方法，降低了计算代价。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于空间栅格数据对齐的多通道量测信息配置方法流程图。

图2为本发明提供的空间栅格中心点对应各雷达的方位角θ，俯仰角以及距离rs示意图。

图3为本发明提供的二维栅格-模式检索矩阵示意图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。

如图1所示，本发明的方案为：一种基于空间栅格数据对齐的多通道量测信息配置方法，包括：

S1、对空间监视区域进行空间栅格划分，将空间监视区域均匀划分为经度、纬度、高度分别为ΔLo×ΔLa×ΔH大小的共Gmax个矩形空间栅格，即每个空间栅格的经度为ΔLo，纬度为ΔLa，高度为ΔH，依次对每个空间栅格编号为NG1,NG2,…,NGmax。

S2、确定各空间栅格中心点对应各雷达的方位角θ，俯仰角以及距离rs信息，并根据各栅格几何中心对应各雷达站点的方位角θ，俯仰角以及距离rs建立空间栅格位置信息集；如图2所示为空间栅格中心点对应各雷达的方位角θ，俯仰角以及距离rs示意图；空间栅格中心点对应各雷达的方位角θ为雷达到空间栅格几何中心的连线与正北方向的夹角，包括空间栅格到发射雷达的发射方向角θt，与空间栅格中心点到接收雷达的接收方向角θr；空间栅格对应各雷达的俯仰角为雷达到栅格几何中心的连线与水平方向的夹角，包括空间栅格到发射雷达的发射俯仰角与空间栅格中心点到接收雷达的接收俯仰角空间栅格对应各雷达的距离rs包括空间栅格中心点到发射雷达的距离rt和空间栅格中心点到接收雷达的距离rr。

S3、记录所有被照射的空间栅格的编号，构建栅格检索矩阵；

有N部收发一体雷达，t时刻，雷达s发射的波束的角度覆盖范围为最大作用距离为则区域内到雷达的角度与距离满足范围限制集合的所有栅格被照射，记录这些栅格的编号，构建栅格检索矩阵。

S4、确定雷达照射模式，将步骤S3中的栅格检索矩阵与确定的雷达照射模式一一对应，得到二维栅格-模式检索矩阵；

任意时刻，空间中任意栅格可能被N部雷达中的部分雷达照射，可能的照射情况共有种，每个时刻确定一种照射模式。将步骤S3中的栅格检索矩阵与照射模式一一对应，得到二维栅格-模式检索矩阵，如图3所示。

S5、根据栅格位置信息集提供的栅格对应各雷达的方向角θ信息，建立基于模式标号的空间栅格对应各通道经过预处理后的雷达回波信号的方向角检索信息，所述方向角检索信息包括发射方向角索引以及接收方向角索引

Ci雷达照射模式对应的雷达T发射的Nθt个发射波束方向角构成的向量为θt，θt＝{θ1t,θ2t,...,θNθt}，其中，θ1t,θ2t,...,θNθt为发射波束中心指向的方向与正北方向的夹角，发射波束方向角编号依次为1,2,…,Nθt，波束只能覆盖(θtmin,θtmax)之间的角度，(θtmin,θtmax)由雷达硬件系统的参数决定。待检测空间栅格应与合适的波束方向角进行配准。

以某一个空间栅格对应发射方向角索引的过程为例，具体包括以下步骤：

A1、通过步骤S2得到空间栅格到对应编号为i的雷达的发射方位角θit；

A2、确定该雷达的各个发射波束方向角；

A3、计算各发射波束方向角与θit的夹角，若是夹角大于发射波束的方向角最大覆盖角度，发射波束的方向角最大覆盖角度由(θtmin,θtmax)确定，则空间栅格对应发射波束方向角索引为空；否则，找出使得夹角最小的发射波束方向角作为空间栅格对应发射波束方向角索引。

Ci雷达照射模式对应的雷达R接收的Nθr个接收波束方向角构成的向量为θr，为接收波束中心指向的方向与正北方向的夹角，方向角编号依次为1,2,…,Nθr，波束只能覆盖(θrmin,θrmax)之间的角度，(θrmin,θrmax)由雷达硬件系统的参数决定。待检测空间栅格应与合适的波束方向角进行配准。

以其中某一个空间栅格对应接收方向角索引的过程为例，具体包括以下步骤：

B1、通过步骤S2得到空间栅格到对应编号为i的雷达的接收方位角θir；

B2、确定该雷达的各个接收波束方向角；

B3、计算各接收波束方向角与θir的夹角，若是夹角大于接收波束的方向角最大覆盖角度，接收波束的方向角最大覆盖角度由(θrmin,θrmax)确定，则空间栅格对应接收波束方向角索引为空；否则，找出使得夹角最小的接收波束方向角作为空间栅格对应接收波束方向角索引。

S6、根据栅格位置信息集提供的栅格对应各雷达的俯仰角信息，建立基于模式标号的空间栅格对应各通道经过预处理后的雷达回波信号的俯仰角检索信息，所述俯仰角检索信息包括发射俯仰角索引以及接收俯仰角索引

Ci雷达照射模式对应的雷达T发射的个发射波束俯仰角构成的向量为为发射波束中心指向的方向与水平方向的夹角，俯仰角编号依次为波束只能覆盖之间的角度，由雷达硬件系统的参数决定。待检测空间栅格应与合适的波束俯仰角进行配准。

以其中某一个空间栅格对应发射俯仰角索引的过程为；例，具体包括以下步骤：

A`1、通过步骤S2得到空间栅格到对应编号为i的雷达的发射俯仰角

A`2、确定该雷达的各个发射波束俯仰角；

A`3、计算各发射波束俯仰角与的夹角，若是夹角大于发射波束俯仰角的最大覆盖角度，发射波束俯仰角的最大覆盖角度由确定，则空间栅格对应发射波束俯仰角索引为空；否则，找出使得夹角最小的发射波束俯仰角作为空间栅格对应发射波束俯仰角索引。

Ci雷达照射模式对应的雷达R接收的个接收波束俯仰角构成的向量为为接收波束中心指向的方向与水平方向的夹角，俯仰角编号依次为波束只能覆盖之间的角度，由雷达硬件系统的参数决定。待检测空间栅格应与合适的波束俯仰角进行配准。

以其中某一个空间栅格对应接收俯仰角索引的过程为例，具体包括以下步骤：

B`1、通过步骤S2得到空间栅格到对应编号为i的雷达的接收俯仰角

B`2、确定该雷达的各个接收波束俯仰角；

B`3、计算各接收波束俯仰角与的夹角，若是夹角大于接收波束的俯仰角最大覆盖角度，接收波束的俯仰角最大覆盖角度由确定，则空间栅格对应接收波束俯仰角索引为空；否则，找出使得夹角最小的接收波束俯仰角作为空间栅格对应接收波束俯仰角索引。

S7、根据栅格位置信息集提供的栅格对应各雷达的距离信息，建立基于模式标号的空间栅格对应各通道经过预处理后的雷达回波信号的距离单元索引

由于对回波信号进行了等间隔采样，每个收发通道可根据采样间隔划分为大量距离单元，采样后的回波信号量测信息数据与收发通道的距离单元一一对应，存在映射关系。

距离单元就是将雷达波的总路程分成一份一份，而索引的意思就是第几份，用表示先对距离除以每份的长度，再向上取整，就得到第几份，即索引

发射雷达到栅格中心的距离与接收雷达到栅格中心的距离之和为r，由于雷达存在最大作用距离rmax，空间栅格在各通道的距离的索引应分为以下情况

其中，为与采样时间间隔Ts对应的空间中离散距离单元宽度

其中，c为光速。

通过以上计算建立了各通道经过预处理后的雷达回波信号与空间栅格的距离、波束方位角和波束俯仰角映射关系。空间栅格中心点对应发射接收通道的经过预处理后的雷达回波信号检索信息集

S8、根据距离单元索引发射方向角索引接收方向角索引发射俯仰角索引接收俯仰角索引这六维信息，得到各雷达的离线栅格数据表；

S9、去除离线栅格数据表中没有被波束照射的冗余栅格，得到更新后的离线栅格数据表；

由于不同时刻，不同区域被各通道波束照射的栅格数量变化很大，所以需进一步去除各离线栅格数据表中没有被波束照射的冗余栅格，得到最后输出的离线栅格数据表。离线栅格数据表按照区域编号、发射波位编号、接收雷达编号、发射雷达编号分别进行结构化存储，每个空间栅格信息包含了栅格编号、距离单元索引、发射方向角索引、接收方向角索引、发射俯仰角索引、接收俯仰角索引六维信息。离线栅格数据表结构如表1所示；

表1离线栅格数据表结构

通过发射波位编号、发射雷达编号、接收雷达编号、发射波束方位角索引、发射波束俯仰角索引、接收波束方位角索引、接收波束俯仰角索引即可在众多回波数据中唯一确定一条回波信号量测信息数据，再依据距离单元索引，即可提取获得特定距离单元对应的回波信号量测。在一次多通道联合检测中，应该在每个收发通道选取哪个距离单元对应的回波信号量测成为了难以解决的问题。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。