多項(xiàng)式Hough變換的高超聲速目標(biāo)TBD檢測方法
【專利摘要】針對臨近空間高超聲速機(jī)動(dòng)目標(biāo)雷達(dá)掃描周期間的信號積累檢測問題，提供了一種多項(xiàng)式Hough變換的高超聲速目標(biāo)TBD檢測方法，用以速度、加速度為參數(shù)的多項(xiàng)式來搜索匹配目標(biāo)徑向維的運(yùn)動(dòng)，用方位波門在方位上進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而將目標(biāo)軌跡上的能量映射到多項(xiàng)式Hough變換的參數(shù)空間，通過參數(shù)空間的能量最大值與恒虛警門限比較來實(shí)現(xiàn)檢測。本發(fā)明提供的方法通過設(shè)置方位波門，將二維參數(shù)搜索問題降為距離一維搜索和方位上小范圍關(guān)聯(lián)的問題，通過設(shè)置距離波門，降低了多項(xiàng)式搜索的階次，極大地減少了計(jì)算量；同時(shí)，本方法除了具有傳統(tǒng)Hough變換TBD方法的功能外，還能適應(yīng)目標(biāo)強(qiáng)機(jī)動(dòng)、距離量測模糊、多目標(biāo)等情況下的信號積累檢測。
【專利說明】
多項(xiàng)式Hough變換的高超聲速目標(biāo)TBD檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明隸屬于雷達(dá)信號處理與數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，適用于解決高超聲速隱身機(jī)動(dòng)目標(biāo) 的雷達(dá)幀間信號非相參積累問題。
【背景技術(shù)】
[0002] 臨近空間高超聲速飛行器是一種新概念武器，它具有速度快、距離遠(yuǎn)、隱身性強(qiáng)等 特點(diǎn)，能在2小時(shí)內(nèi)攻擊全球任一目標(biāo)，給雷達(dá)探測跟蹤帶來極大挑戰(zhàn)。
[0003] 信號長時(shí)間積累是探測隱身目標(biāo)的有效方法，信號積累可分為雷達(dá)在一個(gè)掃描周 期內(nèi)波束照射期間的幀內(nèi)積累和雷達(dá)掃描周期之間的幀間積累，為了最大程度地提高微弱 目標(biāo)的信噪比，可以在幀內(nèi)積累的基礎(chǔ)上再進(jìn)行幀間的積累。檢測前跟蹤(Track Before Detect，TBD)技術(shù)是一種可實(shí)現(xiàn)雷達(dá)幀間積累的技術(shù)?；贖ough變換的TBD是一種典型的 檢測前跟蹤方法，它的基本原理是，利用Hough變換將量測空間直線能量積累到參數(shù)空間的 一個(gè)點(diǎn)，在參數(shù)空間檢測目標(biāo)。傳統(tǒng)Hough變換TBD大多在x-y直角坐標(biāo)系下進(jìn)行變換，先將 各個(gè)雷達(dá)掃描幀的量測點(diǎn)疊加到一個(gè)雷達(dá)幀"圖片"里，將x_y坐標(biāo)系下的"圖片"上的量測 點(diǎn)分別進(jìn)行Hough變換，每一個(gè)點(diǎn)對應(yīng)參數(shù)空間一條直線，"圖片"中同一直線上會在參數(shù)空 間相交于一點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)能量積累。傳統(tǒng)Hough變化方法本質(zhì)是檢測圖片上的直線，對于雷 達(dá)測量誤差較小時(shí)，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)處于一條直線，其檢測性能較好，但臨近空間高超聲速目標(biāo)的 距離非常遠(yuǎn)，雷達(dá)角度誤差引起的位置誤差較大，使得目標(biāo)量測的軌跡連線呈一條"鋸齒 形"的折線，在噪聲或雜波點(diǎn)比較密集時(shí)，利用傳統(tǒng)Hough變換方法進(jìn)行檢測時(shí)檢測性能將 會降低，限制了可檢測的最低信噪比。
[0004] 考慮到雷達(dá)距離誤差與目標(biāo)遠(yuǎn)近無關(guān)，可以考慮利用多項(xiàng)式對目標(biāo)距離上的運(yùn)動(dòng) 建模；同時(shí)考慮到目標(biāo)距離遠(yuǎn)，短時(shí)間內(nèi)方位角變化范圍比較小，綜合這兩點(diǎn)，可以利用借 用Hough變換的思想，以第一幀雷達(dá)每個(gè)量測點(diǎn)為起點(diǎn)，在方位上利用波門進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在距 離上利用多項(xiàng)式Hough變換來進(jìn)行能量積累，并在參數(shù)空間完成信號檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對臨近空間高超聲速機(jī)動(dòng)目標(biāo)雷達(dá)掃描周期間的信號積累檢測問題，提供了一 種多項(xiàng)式Hough變換的高超聲速目標(biāo)TBD檢測方法，用以速度、加速度為參數(shù)的多項(xiàng)式來搜 索匹配目標(biāo)徑向維的運(yùn)動(dòng)，用方位波門在方位上進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而將目標(biāo)軌跡上的能量映射 到多項(xiàng)式Hough變換的參數(shù)空間，通過參數(shù)空間的能量最大值與恒虛警門限比較來實(shí)現(xiàn)檢 測。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題，采用技術(shù)方案步驟如下：
[0006] 1.多項(xiàng)式Hough變換的高超聲速目標(biāo)TBD檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0007] 步驟（一）、將經(jīng)過雷達(dá)信號處理后的I個(gè)掃描幀的雷達(dá)信號分別與第一門限匕比 較，得到對應(yīng)的三維量測矩陣Rm(k，n，i)，其中第一維k表示雷達(dá)的距離、方位、俯仰、徑向速 度、信號能量、時(shí)標(biāo)量測，k=l，2,3, . . .，K，若雷達(dá)量測中沒有某項(xiàng)量測，則對應(yīng)位置置零； 第二維n表示量測的個(gè)數(shù)標(biāo)號，n=l，2,3, . . .，N;第三維i表示雷達(dá)掃描幀數(shù)號，i = l，2，
[0008]步驟(二）、將雷達(dá)觀測平面用距離-方位進(jìn)行離散化，將雷達(dá)量測的能量賦給對應(yīng) 的距離、方位、幀數(shù)的信號矩陣Rs(q，p，i)，其中Rs大小為QXPXI，第一維q表示方位單元編 號，q=l，2,3, . . .，Q，第二維p表示距離單元編號p=l，2,3, . . .，P，第三維i表示雷達(dá)掃描幀 數(shù)號，i = 1，2，3，. . .，I，初始化時(shí)矩陣元素全為0，將量測矩陣Rm各幀中各個(gè)量測的信號能 量1(5，114)賦給匕矩陣中對應(yīng)的點(diǎn)匕化^4)，其中口表示與距離量測1(1，114)對應(yīng)的最 近距離單元編號，q表示與方位量測1(2，114)對應(yīng)的最近方位單元編號；若雷達(dá)量測中不 包含信號能量信息，則認(rèn)為各個(gè)量測點(diǎn)能量相同，將對應(yīng)的點(diǎn)R S(P，q，i)賦一個(gè)相同的能量 值；
[0009]步驟(三）、初始化參數(shù)，設(shè)置參數(shù)搜索范圍和搜索步進(jìn)；
[0010] 步驟（四）、選取Rs中第1幀的任一不為零的點(diǎn)Rs(q，P，l)，并假定該點(diǎn)為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的 起點(diǎn)，利用多項(xiàng)式Hough變換的高超聲速目標(biāo)TBD檢測方法，在參數(shù)空間進(jìn)行能量積累，提取 參數(shù)空間能量最大值，賦給E(q，p)，其中E是信號積累矩陣，大小為QXP，元素初始化全為 零，并記錄下取得最大值時(shí)對應(yīng)的多項(xiàng)式參數(shù)；
[0011] 步驟(五）、重復(fù)第（四）步，遍歷所有第一幀的點(diǎn)，得到信號積累矩陣E;
[0012] 步驟(六）、對信號積累矩陣E的每個(gè)元素進(jìn)行恒虛警檢測，超過門限認(rèn)為是目標(biāo)， 并進(jìn)一步根據(jù)該點(diǎn)對應(yīng)的多項(xiàng)式參數(shù)和距離波門、方位波門，找到該點(diǎn)在信號矩陣R s的2至 I幀對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)(qi，Pl，，并根據(jù)這一系列坐標(biāo)點(diǎn)，找到量測矩陣1中對應(yīng)的雷達(dá)量測， 連同徑向速度和徑向加速度估計(jì)一起作為目標(biāo)檢測結(jié)果輸出。
[0013] 優(yōu)選的，所述的步驟（四）中多項(xiàng)式Hough變換的高超聲速目標(biāo)TBD檢測方法在雷達(dá) 距離量測不模糊時(shí)具體又可分為以下步驟：
[0014] (21)搜索參數(shù)初始化，確定速度步進(jìn)A v，速度搜索的起點(diǎn)V-max，速度搜索數(shù)目Nv， 加速度步進(jìn)A a，加速度搜索的起點(diǎn)a-max;
[0015] (22)利用5層for循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對I個(gè)掃描周期的目標(biāo)能量積累；
[0016] 221)第1層For循環(huán):遍歷搜索距離單元i，i = i〇，i〇+l，. . .，i〇+Nr-l，i()為距離單元 搜索起點(diǎn)，Nr為搜索距離單元的總個(gè)數(shù)；
[0017] 222)第2層For循環(huán):遍歷搜索方位單元j，j = jo, jo+1，? ? ?，jo+Ne-1，jo為方位單元 搜索起點(diǎn)，l為搜索距離單元的總個(gè)數(shù)；
[0018] 223)如果Rs(j，i，l)等于0,回到第222)步;否則進(jìn)入下一步；
[0019] 224)定義一個(gè)NvXNa的元胞數(shù)組S;
[0020] 225)第3層For循環(huán):遍歷搜索徑向速度步進(jìn)數(shù)k，k=l ,2. . .，NV，遍歷所有k，Nv為搜 索速度步進(jìn)的總個(gè)數(shù)，Nv=round(V-max/ A v) X2+1;
[0021] 226)第4層For循環(huán):遍歷搜索徑向加速度步進(jìn)數(shù)t，t = l，2. . .，Na，Na為搜索加速度 步進(jìn)的總個(gè)數(shù)，Na = round(a-max/ A a) X 2+1;
[0022] 227)定義為一個(gè)3 X I的矩陣F，初始化時(shí)元素全為0;
[0023] 228)第5層For循環(huán):雷達(dá)掃描幀號u循環(huán)，u = l，2,--，1，遍歷所有u;
[0024] 搜索的速度為:Vu = V-max+(k_l) ? T ? AV
[0025] 搜索的加速度為:au = a-max+(t-l) ? T ? Aa
[0026] 對應(yīng)的距離為:rM=Ar ?汗v,,w
，其中T為雷達(dá)量測數(shù)據(jù)周期；
[0027] 對應(yīng)的距離單元編號為:Nr = round(ru/ A p)
[0028] 設(shè)置距離波門：NP=i-b:i+b，b為整數(shù)，其大小決定距離波門大小，若i<b，則N P = 1: i+a，若7' + ?>為_，心=L-，義胃為距離搜索時(shí)的最大距離單元編號；
[0029]設(shè)置方位波門：Np = j-a: j+a，a為整數(shù)，其大小決定的方位波門大小，若j<a，則Np =1: j+a，若+ ，._%"為方位搜索時(shí)的最大方位單元編號；
[0030] 找出第u幀雷達(dá)信號對應(yīng)的信號矩陣中以Rs (j，i，u)為中心的距離波門Np和方位波 門Ne內(nèi)量測點(diǎn)能量最大值P〇及其對應(yīng)的角度編號和距離單元編號;
[0031] 令F(XU) = %，其中爲(wèi)A為第個(gè)角度單元中心對應(yīng)的角度；
[0032] 令F(2, u) = rWft，其中心Ai為第〃A個(gè)距離單元對應(yīng)的距離；
[0033] 令 f(3，1)=F(3，1)+Po;
[0034] 229)第5層For循環(huán)結(jié)束；
[0035] 2210)令 S{k，t}=F;
[0036] 2211)第4層For循環(huán)結(jié)束；
[0037] 2212)第3層For循環(huán)結(jié)束；
[0038] 2213)找出矩陣S中每個(gè)元素中矩陣F的元素F(3，l)的最大值和對應(yīng)k和t，假設(shè)找 到的最大點(diǎn)Pi，對應(yīng)的k和t分別為kjPt，令
[0039] E(j，i)=Pi
[0040] 并根據(jù)ki、ti計(jì)算出對應(yīng)的徑向速度、徑向加速度
[0041] Vr(j，i)=V-max+(kl-l) ? A V
[0042] ar(j，i)=a-max+(ti_l) ? Aa [0043] 2214)第2層For循環(huán)結(jié)束；
[0044] 2215)第1層For循環(huán)結(jié)束。
[0045]優(yōu)選的，所述的步驟（四）中多項(xiàng)式Hough變換的高超聲速目標(biāo)TBD檢測方法在雷達(dá) 距離量測模糊時(shí)具體又可分為以下步驟：
[0046] (31)搜索參數(shù)初始化，確定速度步進(jìn)A v，速度搜索的起點(diǎn)V-max，速度搜索數(shù)目Nv， 加速度步進(jìn)A a，加速度搜索的起點(diǎn)a-max;
[0047] (32)利用5層for循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對I個(gè)掃描周期的目標(biāo)能量積累；
[0048] 321)第1層For循環(huán):遍歷搜索距離單元i，i = i〇，i()+l，? ? ?，i〇+Nr-l，i()為距離單元 搜索起點(diǎn)，Nr為搜索距離單元的總個(gè)數(shù)；
[0049] 322)第2層For循環(huán):遍歷搜索方位單元j，j = jo, jo+1，. . .，jo+Ne-1，jo為方位單元 搜索起點(diǎn)，l為搜索距離單元的總個(gè)數(shù)；
[0050] 323)如果Rs(j，i，l)等于0,回到第222)步;否則進(jìn)入下一步；
[0051 ] 324)定義一個(gè)NvXNa的元胞數(shù)組S;
[0052] 325)第3層For循環(huán):遍歷搜索徑向速度步進(jìn)數(shù)k，k=l ,2. . .，NV，遍歷所有k，Nv為搜 索速度步進(jìn)的總個(gè)數(shù)，Nv=round(V-max/ A v) X 2+1;
[0053] 326)第4層For循環(huán):遍歷搜索徑向加速度步進(jìn)數(shù)t，t = l，2. . .，Na，Na為搜索加速度 步進(jìn)的總個(gè)數(shù)，Na = round(a-max/ a a) X 2+1;
[0054] 327)定義為一個(gè)3 X I的矩陣F，初始化時(shí)元素全為0;
[0055] 328)第5層For循環(huán):雷達(dá)掃描幀號u循環(huán)，u = l，2,--，1，遍歷所有u;
[0056] 搜索的速度為:Vu = V-max+(k_l) ? T ? AV
[0057] 搜索的加速度為:au = a-max+(t-l) ? T ? Aa
[0058] 對應(yīng)的距離為：^
，其中T為雷達(dá)量測數(shù)據(jù)周期；
[0059] 如果ru<0,令ru = rem(ru, Rmax) +Rmax，其中Rmax為最大不模糊距離；
[0060] 如果ru > 0，令ru = rem(ru，Rmax)，函數(shù)rem(A，B)表示取A除以B后的余數(shù)；
[0061 ] 對應(yīng)的距離單元編號為:Nr = round(ru/ A p)
[0062] 設(shè)置距離波門：NP=i-b:i+b，b為整數(shù)，其大小決定距離波門大小，若i彡b，則NP = l:i+a，若〗 + 卜為距離搜索時(shí)的最大距離單元編號；
[0063]設(shè)置方位波門：Np = j-a: j+a，a為整數(shù)，其大小決定的方位波門大小，若j<a，則Np = l:j+a，若= 〃&為方位搜索時(shí)的最大方位單元編號；
[0064]找出第u幀雷達(dá)信號對應(yīng)的信號矩陣中以Rs (j，i，u)為中心的距離波門Np和方位波 門Ne內(nèi)量測點(diǎn)能量最大值Po及其對應(yīng)的角度編號％,,和距離單元編號iVp ;
[0065] $F(1，，其中為第個(gè)角度單元中心對應(yīng)的角度；
[0066] 令F(2，u) = rWa，其中\(zhòng)為第^個(gè)距離單元對應(yīng)的距離；
[0067] 令 f(3，1)=F(3，1)+Po;
[0068] 329)第5層For循環(huán)結(jié)束；
[0069] 3210)令 S{k，t}=F;
[0070] 3211)第4層For循環(huán)結(jié)束；
[0071] 3212)第3層For循環(huán)結(jié)束；
[0072] 3213)找出矩陣S中每個(gè)元素中矩陣F的元素F(3，l)的最大值和對應(yīng)k和t，假設(shè)找 到的最大點(diǎn)Pi，對應(yīng)的k和t分別為kjPt，令
[0073] E(j，i)=Pi
[0074] 并根據(jù)ki、ti計(jì)算出對應(yīng)的徑向速度、徑向加速度
[0075] Vr(j，i)=v-max+(kl-l) ? A V
[0076] ar(j，i)=a-max+(ti_l) ? Aa
[0077] 3214)第2層For循環(huán)結(jié)束；
[0078] 3215)第1層For循環(huán)結(jié)束。
[0079] 本發(fā)明的有益效果是：
[0080] 對比現(xiàn)有技術(shù)，本技術(shù)方案所述的多項(xiàng)式Hough變換的高超聲速目標(biāo)TBD檢測方 法，有益效果在于：
[0081 ] 1)算法計(jì)算效率高。通過設(shè)置方位波門的方法，將距離和方位二維參數(shù)搜索問題 降為距離一維搜索和方位小范圍關(guān)聯(lián)的問題，極大的減少了計(jì)算量;通過設(shè)置距離波門的 方法，能夠一定程度上減小多項(xiàng)式模型與目標(biāo)實(shí)際運(yùn)動(dòng)失配造成的積累能量損失，降低了 多項(xiàng)式搜索的階次，進(jìn)而減少了計(jì)算量。
[0082] 2)算法適應(yīng)性強(qiáng)。既能實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的積累檢測，也能實(shí)現(xiàn)對曲線運(yùn)動(dòng)目標(biāo) 的積累檢測；既能實(shí)現(xiàn)距離不模糊條件下的積累，也能實(shí)現(xiàn)距離模糊量測跨距離模糊區(qū)間 時(shí)的能量積累；既能實(shí)現(xiàn)單目標(biāo)的積累檢測，也能實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的積累檢測；既能實(shí)現(xiàn)雷達(dá)量 測中包含信號能量時(shí)的積累檢測，也能實(shí)現(xiàn)雷達(dá)量測不包含信號能量時(shí)的積累檢測。
【附圖說明】
[0083]附圖1本發(fā)明的方法步驟流程圖；
[0084] 附圖2是仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)設(shè)置的臨近空間高超聲速目標(biāo)飛行軌跡，其中圓圈代表驗(yàn)證 本發(fā)明方法時(shí)選取的7個(gè)量測對應(yīng)的真實(shí)位置；
[0085] 附圖3是仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)7個(gè)時(shí)刻臨近空間高超聲速目標(biāo)對應(yīng)的真實(shí)速度；
[0086] 附圖4是仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)7個(gè)時(shí)刻臨近空間高超聲速目標(biāo)對應(yīng)的真實(shí)加速度；
[0087]附圖5是SNR為8dB時(shí)距離不模糊情況下第1幀雷達(dá)信號超過第一門限的信號分布 圖；
[0088]附圖6是距離不模糊情況下利用本發(fā)明方法掃描周期間非相參積累后的能量分 布；
[0089]附圖7是SNR為8dB時(shí)距離模糊情況下第1幀雷達(dá)信號超過第一門限的信號分布圖；
[0090] 附圖8是距離模糊情況下利用本發(fā)明方法掃描周期間非相參積累后的能量分布。
【具體實(shí)施方式】
[0091] 下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，參照附圖1，本發(fā)明的具體步驟包括： [0092]步驟（一）、將經(jīng)過雷達(dá)信號處理后的I個(gè)掃描幀的雷達(dá)信號分別與第一門限匕比 較，得到對應(yīng)的三維量測矩陣R m(k，n，i)，其中第一維k表示雷達(dá)的距離、方位、俯仰、徑向速 度、信號能量、時(shí)標(biāo)等量測，k=l，2,3, . . .，K，若雷達(dá)量測中沒有某項(xiàng)量測，則對應(yīng)位置置 零;第二維11表示量測的個(gè)數(shù)標(biāo)號，11=1，2,3，...，1第三維1表示雷達(dá)掃描幀數(shù)號，1 = 1，2，
[0093]步驟(二）、將雷達(dá)觀測平面用距離-方位進(jìn)行離散化，將雷達(dá)量測的能量賦給對應(yīng) 的距離、方位、幀數(shù)的信號矩陣Rs(q，p，i)，其中Rs大小為QXPXI，第一維q表示方位單元編 號，q=l，2,3, . . .，Q，第二維p表示距離單元編號p=l，2,3, . . .，P，第三維i表示雷達(dá)掃描幀 數(shù)號，i = 1，2，3，. . .，I，初始化時(shí)矩陣元素全為0，將量測矩陣Rm各幀中各個(gè)量測的信號能 量1(5，114)賦給匕矩陣中對應(yīng)的點(diǎn)匕化^4)，其中口表示與距離量測1(1，114)對應(yīng)的最 近距離單元編號，q表示與方位量測1(2，114)對應(yīng)的最近方位單元編號；若雷達(dá)量測中不 包含信號能量信息，則認(rèn)為各個(gè)量測點(diǎn)能量相同，將對應(yīng)的點(diǎn)R S(P，q，i)賦一個(gè)相同的能量 值；
[0094]步驟(三）、初始化參數(shù)，設(shè)置參數(shù)搜索范圍和搜索步進(jìn)；
[0095]步驟（四）、選取Rs中第1幀的任一不為零的點(diǎn)Rs(q，p，l)，并假定該點(diǎn)為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的 起點(diǎn)，利用多項(xiàng)式Hough變換的高超聲速目標(biāo)TBD檢測方法，在參數(shù)空間進(jìn)行能量積累，提取 參數(shù)空間能量最大值，賦給E(q，p)，其中E是信號積累矩陣，大小為QXP，元素初始化全為 零，并記錄下取得最大值時(shí)對應(yīng)的多項(xiàng)式參數(shù);具體的，多項(xiàng)式Hough變換的高超聲速目標(biāo) TBD檢測方法具體又可分為以下步驟：
[0096] (1)搜索參數(shù)初始化。確定速度步進(jìn)A v，速度搜索的起點(diǎn)V-max，速度搜索數(shù)目Nv，加 速度步進(jìn)A a，加速度搜索的起點(diǎn)a-max;
[0097] (2)利用5層for循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對I個(gè)掃描周期的目標(biāo)能量積累；
[0098] 21)第1層For循環(huán):遍歷搜索距離單元i，i = i〇，i()+l，. . .，i〇+Nr-l，i()為距離單元搜 索起點(diǎn)，Nr為搜索距離單元的總個(gè)數(shù)；
[00"] 22)第2層For循環(huán):遍歷搜索方位單元j，j = jo, jo+1, . . .，jo+Ne-1，jo為方位單元搜 索起點(diǎn)，Ne為搜索距離單元的總個(gè)數(shù)；
[0100] 23)如果Rs(j，i，l)等于0,回到第222)步;否則進(jìn)入下一步；
[0101] 24)定義一個(gè)NvXNa的元胞數(shù)組S;
[0102] 25)第3層For循環(huán):遍歷搜索徑向速度步進(jìn)數(shù)k，k=l ,2. . .，NV，遍歷所有k，Nv為搜 索速度步進(jìn)的總個(gè)數(shù)，Nv=round(V-max/ A v) X 2+1;
[0103] 26)第4層For循環(huán):遍歷搜索徑向加速度步進(jìn)數(shù)t，t = 1，2. . .，Na，Na為搜索加速度 步進(jìn)的總個(gè)數(shù)，Na = round(a-max/ A a) X 2+1;
[0104] 27)定義為一個(gè)3 X I的矩陣F，初始化時(shí)元素全為0;
[0105] 28)第5層For循環(huán):雷達(dá)掃描幀號u循環(huán)，u = l，2,--，1，遍歷所有u;
[0106] 搜索的速度為:Vu = V-max+(k_l) ? T ? AV
[0107] 搜索的加速度為:au = a-max+(t-l) ? T ? Aa
[0108] 對應(yīng)的距離為:％ == A/w'U',, + ，其中T為雷達(dá)量測數(shù)據(jù)周期；
[0109]如果雷達(dá)量測存在距離模糊，且目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)可能跨距離模糊區(qū)間時(shí)，則需要加入 28a)和28b)這2步，否則不需要運(yùn)行這2步，具體如下：
[0110] 28a)如果 ru<0,令 1'11 =代111(1'11，1?11^)+1?11^，其中1?11^為最大不模糊距離；
[0111 ] 28b)如果ru>0,令ru = rem(ru，Rmax)，函數(shù)rem(A，B)表示取A除以B后的余數(shù)；
[0112] 對應(yīng)的距離單元編號為:Nr = round(ru/ A p)
[0113] 設(shè)置距離波門：NP=i-b:i+b，b為整數(shù)，其大小決定距離波門大小，若i彡b，則NP = l:i+a，若〖 + =￡-f:#]^_為距離搜索時(shí)的最大距離單元編號；
[0114]設(shè)置方位波門：Np = j-a: j+a，a為整數(shù)，其大小決定的方位波門大小，若j，則Np =1: j+a，若+ 為方位搜索時(shí)的最大方位單元編號；
[0115]找出第u幀雷達(dá)信號對應(yīng)的信號矩陣中以Rs (j，i，u)為中心的距離波門Np和方位波 門Ne內(nèi)量測點(diǎn)能量最大值PQ及其對應(yīng)的角度編號和距離單元編號
[0116] 令內(nèi)1，= ~，其中為第心個(gè)角度單元中心對應(yīng)的角度；
[0117] 令？(2，0 = ；^，其中/^為第^^個(gè)距離單元對應(yīng)的距離；
[0118] 令 f(3，1)=F(3，1)+Po;
[0119] 29)第5層For循環(huán)結(jié)束；
[0120] 210)令 S{k，t}=F;
[0121] 211)第4層For循環(huán)結(jié)束；
[0122] 212)第3層For循環(huán)結(jié)束；
[0123] 213)找出矩陣S中每個(gè)元素中矩陣F的元素F(3，l)的最大值和對應(yīng)k和t，假設(shè)找到 的最大點(diǎn)Pi，對應(yīng)的k和t分別為kjPt，令
[0124] E(j，i)=Pi
[0125] 并根據(jù)ki、ti計(jì)算出對應(yīng)的徑向速度、徑向加速度
[0126] Vr(j，i)=V-max+(kl-l) ? A V
[0127] ar(j，i)=a-max+(ti_l) ? Aa
[0128] 214)第2層For循環(huán)結(jié)束；
[0129] 215)第1層For循環(huán)結(jié)束；
[0130] 步驟(五）、重復(fù)第（四）步，遍歷所有第一幀的點(diǎn)，得到信號積累E;
[0131] 步驟(六）、對信號積累E的每個(gè)元素進(jìn)行恒虛警檢測，超過門限認(rèn)為是目標(biāo)，并進(jìn) 一步根據(jù)該點(diǎn)對應(yīng)的多項(xiàng)式參數(shù)和距離、方位波門，找到該點(diǎn)在信號矩陣R s的2至I幀對應(yīng) 的坐標(biāo)點(diǎn)（quPuii)，并根據(jù)這一系列的坐標(biāo)點(diǎn)，找到量測矩陣1中對應(yīng)的雷達(dá)量測，連同 徑向速度和徑向加速度估計(jì)一起作為目標(biāo)檢測結(jié)果輸出。
[0132] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可延伸到其他的修改、變化和應(yīng)用，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。
[0133] 本發(fā)明的效果可以通過以下matlab仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說明：
[0134] 仿真實(shí)驗(yàn)場景設(shè)置
[0135] 假設(shè)臨近空間高超聲速目標(biāo)起始點(diǎn)x、y、z坐標(biāo)為[0,7001011，701011]，初始速度 2600m/s，速度方位角為270°，初始速度傾角為0,飛行器受到重力、升力、阻力的作用下，在 大氣中滑翔，軌跡如圖2所示，按時(shí)間間隔2s取一段軌跡用于本仿真實(shí)驗(yàn)，共7個(gè)點(diǎn)，用圓圈 表示；圖3和圖4分別表示這7個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的速度和加速度大小，雷達(dá)距離分辨力為150m，每幀 量測中雜波數(shù)為216,隨機(jī)分布于雷達(dá)探測范圍內(nèi)，雜波點(diǎn)能量設(shè)置為相同值，全為1。為了 驗(yàn)證本發(fā)明算法在量測不模糊和量測模糊情況下的性能，最大不模糊距離分別取79km和 1000km〇
[0136] 仿真結(jié)果及分析：由附圖5可以看出，SNR為8dB時(shí)，雜波隨機(jī)分布在整個(gè)雷達(dá)探測 范圍內(nèi)，無法分辨出目標(biāo)，從附圖6可以看出，利用本發(fā)明提出的方法，使得雷達(dá)量測在距 離、方位上實(shí)現(xiàn)了能量積累，通過7次TBD非相參積累后能量最大值為7,說明7個(gè)時(shí)刻量測點(diǎn) 的能量全部積累起來了，證明了該方法的有效性。由附圖7可以看出，由于距離測量模糊的 影響，整個(gè)雷達(dá)探測范圍內(nèi)的量測被"壓縮"到第一個(gè)距離最大不模糊區(qū)間內(nèi)，雜波密度增 加了數(shù)倍。由于目標(biāo)最大不模糊距離為79km，在7個(gè)雷達(dá)掃描周期內(nèi)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡跨了兩個(gè) 模糊區(qū)間，利用本發(fā)明提出的方法進(jìn)行TBD積累后，對應(yīng)的能量積累分布如圖8所示，可以看 出，目標(biāo)的能量同樣被積累起來，最大能量值也同樣為7,說明了參數(shù)空間能量積累時(shí)沒有 因?yàn)榭缒：齾^(qū)間而丟點(diǎn)，證明了本發(fā)明方法在距離測量模糊條件下的適用性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 多項(xiàng)式化U曲變換的高超聲速目標(biāo)T抓檢測方法，其特征在于，包括W下步驟： 步驟(一）、將經(jīng)過雷達(dá)信號處理后的I個(gè)掃描帖的雷達(dá)信號分別與第一口限hi比較，得 到對應(yīng)的=維量測矩陣Rm化，n，i)，其中第一維k表示雷達(dá)的距離、方位、俯仰、徑向速度、信 號能量、時(shí)標(biāo)量測，k=l，2,3, ...，K，若雷達(dá)量測中沒有某項(xiàng)量測，則對應(yīng)位置置零;第二維 n表示量測的個(gè)數(shù)標(biāo)號，n = l，2,3,. . .，N;第S維i表示雷達(dá)掃描帖數(shù)號，i = l，2,3,. . .，1; 步驟(二）、將雷達(dá)觀測平面用距離-方位進(jìn)行離散化，將雷達(dá)量測的能量賦給對應(yīng)的距 離、方位、帖數(shù)的信號矩陣Rs(q，p，i)，其中Rs大小為QXPX I，第一維q表示方位單元編號，q =1，2,3, . . .，Q，第二維P表示距離單元編號p = l，2,3, . . .，P，第S維i表示雷達(dá)掃描帖數(shù) 號，i = 1，2，3，...，I，初始化時(shí)矩陣元素全為O，將量測矩陣Rm各帖中各個(gè)量測的信號能量Rm (5，n，i)賦給Rs矩陣中對應(yīng)的點(diǎn)Rs(P，q，i)，其中P表示與距離量測Rm( 1，n，i)對應(yīng)的最近距 離單元編號，q表示與方位量測Rm( 2，n，i)對應(yīng)的最近方位單元編號；若雷達(dá)量測中不包含 信號能量信息，則認(rèn)為各個(gè)量測點(diǎn)能量相同，將對應(yīng)的點(diǎn)Rs(p，q，i)賦一個(gè)相同的能量值； 步驟( = )、初始化參數(shù)，設(shè)置參數(shù)捜索范圍和捜索步進(jìn)； 步驟（四）、選取Rs中第1帖的任一不為零的點(diǎn)Rs(q，p，l)，并假定該點(diǎn)為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的起 點(diǎn)，利用多項(xiàng)式Hou曲變換的高超聲速目標(biāo)T抓檢測方法，在參數(shù)空間進(jìn)行能量積累，提取參 數(shù)空間能量最大值，賦給E(q，p)，其中E是信號積累矩陣，大小為QXP，元素初始化全為零， 并記錄下取得最大值時(shí)對應(yīng)的多項(xiàng)式參數(shù)； 步驟(五）、重復(fù)第(四）步，遍歷所有第一帖的點(diǎn)，得到信號積累矩陣E; 步驟(六）、對信號積累矩陣E的每個(gè)元素進(jìn)行恒虛警檢測，超過口限認(rèn)為是目標(biāo)，并進(jìn) 一步根據(jù)該點(diǎn)對應(yīng)的多項(xiàng)式參數(shù)和距離波口、方位波口，找到該點(diǎn)在信號矩陣Rs的2至I帖 對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)（qi，pi，ii)，并根據(jù)運(yùn)一系列坐標(biāo)點(diǎn)，找到量測矩陣Rm中對應(yīng)的雷達(dá)量測，連 同徑向速度和徑向加速度估計(jì)一起作為目標(biāo)檢測結(jié)果輸出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多項(xiàng)式化U曲變換的高超聲速目標(biāo)TBD檢測方法，其特征在于 步驟（四）中多項(xiàng)式化U曲變換的高超聲速目標(biāo)T抓檢測方法，在雷達(dá)距離量測不模糊時(shí)具體 分為W下步驟： (21) 捜索參數(shù)初始化，確定速度步進(jìn)Av,速度捜索的起點(diǎn)V-max，速度捜索數(shù)目Nv,加速 度步進(jìn)A a，加速度捜索的起點(diǎn)a-max ; (22) 利用5層for循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對I個(gè)掃描周期的目標(biāo)能量積累； 221) 第1層化r循環(huán):遍歷捜索距離單元i，i = io，i日+1，. . .，i日+Nr-I，i日為距離單元捜索 起點(diǎn)，Nr為捜索距離單元的總個(gè)數(shù)； 222) 第2層化r循環(huán):遍歷捜索方位單元j，j = jo，jo+1，. . .，jo+Ne-1，jo為方位單元捜索 起點(diǎn)，Ne為捜索距離單元的總個(gè)數(shù)； 223) 如果Rs(j，i，l)等于0,回到第222)步;否則進(jìn)入下一步； 224) 定義一個(gè)Nv X Na的元胞數(shù)組S; 225) 第3層化r循環(huán):遍歷捜索徑向速度步進(jìn)數(shù)k，k= 1，2. . .，Nv，遍歷所有k，Nv為捜索速 度步進(jìn)的總個(gè)數(shù)，Nv=;round(V-max/ A V) X化1; 226) 第4層化r循環(huán):遍歷捜索徑向加速度步進(jìn)數(shù)t，t = 1，2... ,Na,Na為捜索加速度步進(jìn) 的總個(gè)數(shù)，Na = :round(a-max/Aa)X化l; 227) 定義為一個(gè)3 X I的矩陣F，初始化時(shí)元素全為0; 228) 第5層化r循環(huán):雷達(dá)掃描帖號U循環(huán)，U=I，2,--，1，遍歷所有u; 捜索的速度為:Vu = V-max+化-1) ? T ? Av 捜索的加速度為:au = a-max+(t-l) ? T ? Aa 對應(yīng)的距離為：C, = A;w' U',,'" ? 'r + ? 7Y，其中T為雷達(dá)量測數(shù)據(jù)周期； 對應(yīng)的距離單元編號為:Nr = TOimd(。/ A P) 設(shè)置距離波口 ：Np= i-b: i+b，b為整數(shù)，其大小決定距離波口大小，若i《b，則Np= 1: i+ a,若+ " ，Wp。,,為距離捜索時(shí)的最大距離單元編號. 設(shè)置方位波口 ： Ne = j-a: j +a，a為整數(shù)，其大小決定的方位波口大小，若j《a，則化=1: j +a，若i ，^ = j - a:~為方位捜索時(shí)的最大方位單元編號； 找出第U帖雷達(dá)信號對應(yīng)的信號矩陣中WRs (j，i，U)為中屯、的距離波口Np和方位波口化 內(nèi)量測點(diǎn)能量最大值Po及其對應(yīng)的角度編號Wa和距離單元編號-V&; 令F(l，u) = A,,巧中知為第斬個(gè)角度單元中屯、對應(yīng)的角度； 令F (2, U) = r，其中成為第吃。個(gè)距離單元對應(yīng)的距離. 化 令 F(3，l)=F(3，l)+P〇; 229) 第5層化r循環(huán)結(jié)束； 2210) 令 S{k，t}=F; 2211) 第4層化r循環(huán)結(jié)束； 2212) 第3層化r循環(huán)結(jié)束； 2213) 找出矩陣S中每個(gè)元素中矩陣F的元素 F(3，l)的最大值和對應(yīng)k和t，假設(shè)找到的 最大點(diǎn)Pi,對應(yīng)的k和t分別為ki和ti，令 E(j,i)=Pi 并根據(jù)ki、ti計(jì)算出對應(yīng)的徑向速度、徑向加速度 Vr(j，i)=V-max+化廣 1) ? Av 曰r(j，i)=曰-max+(t廣 1) ? A曰 2214) 第2層化r循環(huán)結(jié)束； 2215) 第1層化r循環(huán)結(jié)束。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多項(xiàng)式化U曲變換的高超聲速目標(biāo)TBD檢測方法，其特征在于 步驟（四）中多項(xiàng)式化U曲變換的高超聲速目標(biāo)T抓檢測方法，在雷達(dá)距離量測模糊時(shí)具體分 為W下步驟： (3 1 )捜索參數(shù)初始化，確定速度步進(jìn)A V，速度捜索的起點(diǎn)V-max，速度捜索數(shù)目Nv，加速 度步進(jìn)A a，加速度捜索的起點(diǎn)a-max ; (32)利用5層for循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對I個(gè)掃描周期的目標(biāo)能量積累； 321) 第1層化r循環(huán):遍歷捜索距離單元i，i = io，io+l，. . .，io+Nr-l，i日為距離單元捜索 起點(diǎn)，Nr為捜索距離單元的總個(gè)數(shù)； 322) 第2層化r循環(huán):遍歷捜索方位單元j，j = jo, jo+1, . . .，jo+Ne-1，jo為方位單元捜索 起點(diǎn)，Ne為捜索距離單元的總個(gè)數(shù)； 323) 如果Rs(j，i，1)等于0，回到第222)步;否則進(jìn)入下一步； 324) 定義一個(gè)Nv X Na的元胞數(shù)組S; 325) 第3層化r循環(huán):遍歷捜索徑向速度步進(jìn)數(shù)k，k= 1，2. . .，Nv，遍歷所有k，Nv為捜索速 度步進(jìn)的總個(gè)數(shù)，Nv=;round(V-max/ A V) X化1; 326) 第4層化r循環(huán):遍歷捜索徑向加速度步進(jìn)數(shù)t，t = 1，2... ,Na,Na為捜索加速度步進(jìn) 的總個(gè)數(shù)，Na = round (a -max/ A a) X 2 + 1 ； 327) 定義為一個(gè)3 X I的矩陣F，初始化時(shí)元素全為0; 328) 第5層化r循環(huán):雷達(dá)掃描帖號U循環(huán)，U=I，2,--，1，遍歷所有u; 捜索的速度為:Vu = V-max+化-1) ? T ? Av 捜索的加速度為:au = a-max+(t-l) ? T ? Aa 對應(yīng)的距離為:= Ar ? /1? 7' + (W ? 7')'-，其中T為雷達(dá)量測數(shù)據(jù)周期； 如果令ru = rem(ru，Rmax)+Rmax，其中Rmax為最大不模糊距離； 如果。>〇,令ru = rem(;ru，Rmax)，函數(shù)rem(A，B)表示取A除Wb后的余數(shù)； 對應(yīng)的距離單元編號為:Nr = round(;ru/ A P) 設(shè)置距離波口 ：Np=i-b:i+b，b為整數(shù)，其大小決定距離波口大小，若i《b，則Np=l:i+ a,若z' + ?>iVp。,，W/, ，Wp胃為距離捜索時(shí)的最大距離單元編號. 設(shè)置方位波口 ：Ne = j-a:j+a，a為整數(shù)，其大小決定的方位波口大小，若j《a，則化=l:j +a,若+ ^ 為方位捜索時(shí)的最大方位單元編號. 找出第U帖雷達(dá)信號對應(yīng)的信號矩陣中WRs(j，i，u)為中屯、的距離波口 Np和方位波口化 內(nèi)量測點(diǎn)能量最大值Po及其對應(yīng)的角度編號jV/*,和距離單元編號Wa; 令F (1，U)二房心巧中斬為第.?個(gè)角度單元中屯、對應(yīng)的角度； 令^2, U)=。。,巧中^為第個(gè)距離單元對應(yīng)的距離； 令 F(3，l)=F(3，l)+P〇; 329) 第5層化r循環(huán)結(jié)束； 3210) 令 S{k，t}=F; 3211) 第4層化r循環(huán)結(jié)束； 3212) 第3層化r循環(huán)結(jié)束； 3213) 找出矩陣S中每個(gè)元素中矩陣F的元素 F(3，l)的最大值和對應(yīng)k和t，假設(shè)找到的 最大點(diǎn)Pi,對應(yīng)的k和t分別為ki和ti，令 E(j,i)=Pi 并根據(jù)ki、11計(jì)算出對應(yīng)的徑向速度、徑向加速度 Vr(j,i)=V-max+化廣 1) ? Av 出'04)=3-1113^+(1:廣 1) ? A曰 3214) 第2層化r循環(huán)結(jié)束； 3215) 第1層化r循環(huán)結(jié)束。
【文檔編號】G01S13/58GK105911542SQ201610524075
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年7月4日
【發(fā)明人】吳巍, 王國宏, 譚順成, 于洪波
【申請人】中國人民解放軍海軍航空工程學(xué)院