一種用于非均勻雜波背景的動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤方法
【專利摘要】該發(fā)明公開了一種用于非均勻雜波背景的動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤方法，屬于雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及非均勻雜波背景下的微弱目標(biāo)雷達(dá)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。當(dāng)接收到雷達(dá)數(shù)據(jù)后，通過判斷雜波功率突變位置，將功率不相等的雜波分別歸一化處理，然后選擇出最優(yōu)的目標(biāo)航跡，從而具有在雜波突變位置及突變位置兩側(cè)雜波功率先驗(yàn)信息未知的情況下有效抑制雜波，快速檢測(cè)航跡，減少虛警、漏檢的效果。
【專利說明】一種用于非均勻雜波背景的動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及非均勻雜波背景下的微弱目標(biāo)雷達(dá)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤算法是一種有效的弱小目標(biāo)跟蹤方法，其單幀不做門限檢測(cè)，直接利用雷達(dá)回波數(shù)據(jù)多幀聯(lián)合處理，通過值函數(shù)積累對(duì)所有可能的航跡進(jìn)行搜索，從而估計(jì)目標(biāo)真實(shí)狀態(tài)。它易于實(shí)現(xiàn)且能夠處理弱機(jī)動(dòng)性目標(biāo)，已被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)跟蹤、計(jì)算機(jī)視覺等領(lǐng)域。
[0003]動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤算法假設(shè)背景雜波均勻分布，然而在實(shí)際雷達(dá)場(chǎng)景中，如果占統(tǒng)治地位的干擾來自雜波，而不是熱噪聲或人為干擾，則這些雜波往往具有嚴(yán)重的非均勻性(在本發(fā)明中非均勻是指監(jiān)測(cè)區(qū)域中存在雜波功率突變)。雷達(dá)波束照射的區(qū)域可能包括部分開闊地和部分植被覆蓋地，也可能是部分陸地和部分水域，此時(shí)傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤算法性能會(huì)下降，主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn):漏檢和虛警。漏檢主要發(fā)生在運(yùn)動(dòng)在低雜波區(qū)(雜波功率較低的雜波區(qū)域)的微弱目標(biāo)；虛警主要發(fā)生在高雜波區(qū)(雜波功率較高的雜波區(qū)域 )。為判斷雜波邊緣的存在，F(xiàn)inn提出了一種用于非均勻雜波背景下的自適應(yīng)CFAR(恒虛警率)的基本方法，見文獻(xiàn)“A CFAR design for a window spanningtwo clutter fields，IEEE Transact1ns on Aerospace and Electronic systems, 1986，vol.AES-22, n0.2，pp.155-169”，該方法采用最大似然估計(jì)(ML)對(duì)雜波邊緣的位置進(jìn)行估計(jì)。該方法存在兩個(gè)問題，問題一:該方法假設(shè)雜波邊緣同側(cè)的量測(cè)值獨(dú)立同分布，然而在實(shí)際中，雜波邊緣兩側(cè)可能存在一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)，此時(shí)不滿足獨(dú)立同分布的假設(shè)，雜波邊緣位置的估計(jì)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤；問題二:該方法在估計(jì)雜波邊緣位置之后沒有對(duì)量測(cè)值進(jìn)行任何后續(xù)處理(如雜波功率歸一化等)，具體來說其利用待檢測(cè)單元所處的雜波區(qū)域量測(cè)值計(jì)算門限，將待檢測(cè)單元的量測(cè)值與門限進(jìn)行比較，若待檢測(cè)單元的量測(cè)值超過門限則認(rèn)為有目標(biāo)存在，否則認(rèn)為沒有目標(biāo)存在。沒有進(jìn)行任何后續(xù)處理的量測(cè)值，在應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤算法時(shí)，正如我們前面提到的會(huì)有檢測(cè)跟蹤性能損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤算法在非均勻雜波背景中應(yīng)用存在的問題，改進(jìn)設(shè)計(jì)一種用于非均勻雜波背景的動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤方法，從而達(dá)到非均勻雜波背景下提高目標(biāo)檢測(cè)準(zhǔn)確性、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、有效抑制雷達(dá)的虛警和漏檢的目的。
[0005]本發(fā)明提供了一種用于非均勻雜波背景的動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤方法，該方法包括:
[0006]步驟1、初始化系統(tǒng)參數(shù)包括:數(shù)據(jù)平面大小，處理幀數(shù)K，狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)q，利用蒙特卡羅仿真試驗(yàn)計(jì)算出的門限VT，OS CFAR參考窗長(zhǎng)度R，有序統(tǒng)計(jì)量選為第r個(gè)，常數(shù)a % ;[0007]步驟2、接收到第I幀回波信號(hào)，將每個(gè)分辨單元的回波信號(hào)幅度的平方作為該分辨單元的量測(cè)值；
[0008]步驟3、剔除第I幀第I行分辨單元量測(cè)值中的目標(biāo)量測(cè)值，得到雜波量測(cè)值；
[0009]步驟4、采用最大似然估計(jì)法確定雜波功率突變位置；
[0010]步驟5、分別計(jì)算雜波功率突變位置兩側(cè)雜波量測(cè)值的平均值，將步驟3中剔除的目標(biāo)信號(hào)量測(cè)值返回到量測(cè)值中，用該平均值對(duì)各自對(duì)應(yīng)一側(cè)量測(cè)值進(jìn)行歸一化處理；
[0011]步驟6、采用與步驟3?步驟5相同的方法處理第I幀中其它行的信號(hào)量測(cè)值；
[0012]步驟7、采用與步驟2?步驟6相同的方法處理接下來的其它幀的信號(hào)量測(cè)值；
[0013]步驟8、通過動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法對(duì)前K幀中所有可能為目標(biāo)的分辨單元進(jìn)行搜索，并記錄各目標(biāo)分辨單元的位置信息，將前K幀中屬于同一目標(biāo)分辨單元量測(cè)值進(jìn)行疊加，得到相應(yīng)目標(biāo)判定值；
[0014]步驟9、將目標(biāo)判定值與設(shè)定的門限Vt進(jìn)行比較，若高于門限，則認(rèn)定該分辨單元中有目標(biāo)存在；若沒有判定值高于門限，則算法停止，宣布目標(biāo)不存在；
[0015]步驟10、將步驟9認(rèn)定的目標(biāo)，利用步驟8記錄的該目標(biāo)前K幀目標(biāo)位置信息，恢復(fù)出各認(rèn)定目標(biāo)的航跡；
[0016]步驟11、將各航跡進(jìn)行對(duì)比，若多條航跡存在相同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，選擇出最大判定值對(duì)應(yīng)的軌跡作為真實(shí)目標(biāo)航跡，刪除其余航跡；
[0017]步驟12、若存在真實(shí)航跡，則宣布目標(biāo)存在，并且輸出目標(biāo)航跡；否則宣布目標(biāo)不存在。
[0018]其中步驟3的具體步驟為:
[0019]步驟3.1、計(jì)算出第I幀第I行中每個(gè)分辨單元量測(cè)值的有序統(tǒng)計(jì)恒虛警檢測(cè)門限
VoS-CFAR ;
[0020]步驟3.2、將第I幀第I行中每個(gè)分辨單元的量測(cè)值與步驟3.1中得到的門限進(jìn)行比較，若量測(cè)值高于門限，則認(rèn)為其為目標(biāo)量測(cè)值，否則為雜波量測(cè)值；
[0021]步驟3.3、從第I幀第I行分辨單元的量測(cè)值中剔除目標(biāo)量測(cè)值，得到雜波量測(cè)值。
[0022]步驟8的具體步驟為:
[0023]步驟8.1、建立第I幀各分辨單元對(duì)應(yīng)的值函數(shù)，將第I幀每個(gè)分辨單元的量測(cè)值賦給其對(duì)應(yīng)的值函數(shù)；
[0024]步驟8.2、假定第2幀每個(gè)分辨單元中存在一個(gè)目標(biāo)，判定第2幀每個(gè)目標(biāo)在第I幀中可能存在的區(qū)域，尋找出該區(qū)域中值函數(shù)最大的分辨單元并記錄該單元的位置，然后將第I幀中找出的最大值函數(shù)與第2幀相同目標(biāo)所在的分辨單元的量測(cè)值疊加，疊加后的值賦給第2幀相應(yīng)目標(biāo)所在的分辨單元；
[0025]步驟8.3、采用與步驟8.2相同的方法計(jì)算出第3幀至第K幀的值函數(shù)。
[0026]所述步驟8中K的取值為3?20。
[0027]步驟11的具體步驟為:
[0028]步驟11.1、尋找出第K幀值函數(shù)平面的所有局部極大值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)航跡，并將其視為真實(shí)目標(biāo)航跡；
[0029]步驟11.2、分別將剩余目標(biāo)航跡與真實(shí)航跡進(jìn)行對(duì)比，若剩余航跡與某一條真實(shí)航跡具有至少L個(gè)相同的狀態(tài)，則認(rèn)為該剩余航跡為虛假航跡，將其刪除；否則認(rèn)為其為真實(shí)航跡。
[0030]所述步驟11中L取值為I。
[0031]本發(fā)明一種用于非均勻雜波背景的動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤方法，通過判斷雜波功率突變位置，將功率不相等的雜波分別歸一化處理，然后選擇出最優(yōu)的目標(biāo)航跡，從而具有在雜波突變位置及突變位置兩側(cè)雜波功率先驗(yàn)信息未知的情況下有效抑制雜波，快速檢測(cè)航跡，減少虛警、漏檢的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明的流程框圖；
[0033]圖2為雷達(dá)回波數(shù)據(jù)單行非均勻雜波背景示意圖；
[0034]圖3是本發(fā)明檢測(cè)目標(biāo)航跡的結(jié)果示意圖。
[0035]其中圖3中〇表示目標(biāo)的真實(shí)位置，?表示檢測(cè)到的目標(biāo)位置，Θ表示檢測(cè)到的目標(biāo)位置與真實(shí)的目標(biāo)位置相吻合的情況。
【具體實(shí)施方式】
[0036]本發(fā)明主要采用仿真試驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證，所有步驟、結(jié)論都在MATLAB R2011b上驗(yàn)證正確。具體實(shí)施步驟如下: [0037]步驟1、初始化系統(tǒng)參數(shù)包括:數(shù)據(jù)平面大小50X50，處理幀數(shù)K = 6，狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)q = 4，利用蒙特卡羅仿真試驗(yàn)計(jì)算出的門限Vt = 33.0761，OS CFAR參考窗長(zhǎng)度R = 20，有序統(tǒng)計(jì)量選為第r = 15個(gè),常數(shù)a QS = 6.857 ；
[0038]步驟2、接收到第I幀回波信號(hào)，將每個(gè)分辨單元的回波信號(hào)幅度的平方作為該分辨單元的量測(cè)值；將該行量測(cè)值記為z1，Z2,…，z5°
[0039]步驟3、剔除第I幀第I行分辨單元量測(cè)值中的目標(biāo)量測(cè)值，得到雜波量測(cè)值；
[0040]步驟3.1、計(jì)算出第I幀第I行中每個(gè)分辨單元量測(cè)值的有序統(tǒng)計(jì)恒虛警檢測(cè)門限V0S_CFAE;計(jì)算方式如下:將分辨單元參考窗內(nèi)的R = 20個(gè)量測(cè)值進(jìn)行排序，以形成一個(gè)升序排列的新序列，將排完序的序列的第r = 15個(gè)量測(cè)值記為f，則相應(yīng)分辨單元的有序統(tǒng)計(jì)恒虛警檢測(cè)門限 VQS-CFAR = a oSxr = 6.857xr ；
[0041]步驟3.2、將第I幀第I行中每個(gè)分辨單元的量測(cè)值與步驟3.1中得到的門限進(jìn)行比較，若量測(cè)值高于門限，則認(rèn)為其為目標(biāo)量測(cè)值，否則為雜波量測(cè)值；
[0042]步驟3.3、從第I幀第I行分辨單元的量測(cè)值中剔除目標(biāo)量測(cè)值，得到雜波量測(cè)值。
[0043]步驟4、采用最大似然估計(jì)法確定雜波功率突變位置；計(jì)算方式如下:經(jīng)步驟3之后得到的雜波量測(cè)值序列記為C1，C2,…，cM，則雜波功率突變的位置為使得g[m]，m = 1，2，M最小的m值，其中
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種用于非均勻雜波背景的動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤方法，該方法包括: 步驟1、初始化系統(tǒng)參數(shù)包括:數(shù)據(jù)平面大小，處理幀數(shù)K，狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)q，利用蒙特卡羅仿真試驗(yàn)計(jì)算出的門限VT，OS CFAR參考窗長(zhǎng)度R，有序統(tǒng)計(jì)量選為第r個(gè)，常數(shù)a w ; 步驟2、接收到第I幀回波信號(hào)，將每個(gè)分辨單元的回波信號(hào)幅度的平方作為該分辨單元的量測(cè)值； 步驟3、剔除第I幀第I行分辨單元量測(cè)值中的目標(biāo)量測(cè)值，得到雜波量測(cè)值； 步驟4、采用最大似然估計(jì)法確定雜波功率突變位置； 步驟5、分別計(jì)算雜波功率突變位置兩側(cè)雜波量測(cè)值的平均值，將步驟3中剔除的目標(biāo)信號(hào)量測(cè)值返回到量測(cè)值中，用該平均值對(duì)各自對(duì)應(yīng)一側(cè)量測(cè)值進(jìn)行歸一化處理； 步驟6、采用與步驟3~步驟5相同的方法處理第I幀中其它行的信號(hào)量測(cè)值； 步驟7、采用與步驟2~步驟6相同的方法處理接下來的其它幀的信號(hào)量測(cè)值； 步驟8、通過動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法對(duì)前K幀中所有可能為目標(biāo)的分辨單元進(jìn)行搜索，并記錄各目標(biāo)分辨單元的位置信息，將前K幀中屬于同一目標(biāo)分辨單元量測(cè)值進(jìn)行疊加，得到相應(yīng)目標(biāo)判定值； 步驟9、將目標(biāo)判定值與設(shè)定的門限Vt進(jìn)行比較，若高于門限，則認(rèn)定該分辨單元中有目標(biāo)存在；若沒有判 定值高于門限，則算法停止，宣布目標(biāo)不存在； 步驟10、將步驟9認(rèn)定的目標(biāo)，利用步驟8記錄的該目標(biāo)前K幀目標(biāo)位置信息，恢復(fù)出各認(rèn)定目標(biāo)的航跡； 步驟11、將各航跡進(jìn)行對(duì)比，若多條航跡存在相同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，選擇出最大判定值對(duì)應(yīng)的軌跡作為真實(shí)目標(biāo)航跡，刪除其余航跡； 步驟12、若存在真實(shí)航跡，則宣布目標(biāo)存在，并且輸出目標(biāo)航跡；否則宣布目標(biāo)不存在。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于非均勻雜波背景的動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤方法，其特征在于步驟3的具體步驟為: 步驟3.1、計(jì)算出第I幀第I行中每個(gè)分辨單元量測(cè)值的有序統(tǒng)計(jì)恒虛警檢測(cè)門限VoS-CFAR ; 步驟3.2、將第I幀第I行中每個(gè)分辨單元的量測(cè)值與步驟3.1中得到的門限進(jìn)行比較，若量測(cè)值高于門限，則認(rèn)為其為目標(biāo)量測(cè)值，否則為雜波量測(cè)值； 步驟3.3、從第I幀第I行分辨單元的量測(cè)值中剔除目標(biāo)量測(cè)值，得到雜波量測(cè)值。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于非均勻雜波背景的動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤方法，其特征在于步驟8的具體步驟為: 步驟8.1、建立第I幀各分辨單元對(duì)應(yīng)的值函數(shù)，將第I幀每個(gè)分辨單元的量測(cè)值賦給其對(duì)應(yīng)的值函數(shù)； 步驟8.2、假定第2幀每個(gè)分辨單元中存在一個(gè)目標(biāo)，判定第2幀每個(gè)目標(biāo)在第I幀中可能存在的區(qū)域，尋找出該區(qū)域中值函數(shù)最大的分辨單元并記錄該單元的位置，然后將第I幀中找出的最大值函數(shù)與第2幀相同目標(biāo)所在的分辨單元的量測(cè)值疊加，疊加后的值賦給第2幀相應(yīng)目標(biāo)所在的分辨單元； 步驟8.3、采用與步驟8.2相同的方法計(jì)算出第3幀至第K幀的值函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于非均勻雜波背景的動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤方法，其特征在于步驟11的具體步驟為: 步驟11.1、尋找出第K幀值函數(shù)平面的所有局部極大值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)航跡，并將其視為真實(shí)目標(biāo)航跡； 步驟11.2、分別將剩余目標(biāo)航跡與真實(shí)航跡進(jìn)行對(duì)比，若剩余航跡與某一條真實(shí)航跡具有至少L個(gè)相同的狀態(tài)，則認(rèn)為該剩余航跡為虛假航跡，將其刪除；否則認(rèn)為其為真實(shí)航跡。
5.如權(quán)利要求3所述的一種用于非均勻雜波背景的動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤方法，其特征在于所述步驟8中K的取值為3~20。
6.如權(quán)利要求4所述的一種用于非均勻雜波背景的動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測(cè)前跟蹤方法，其特征在于所述步驟11中L 取值為I。
【文檔編號(hào)】G01S7/41GK104035084SQ201410287036
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】孔令講, 姜海超, 李小龍, 劉睿, 易偉, 崔國龍, 汪兵, 楊曉波 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)