一种基于相位的动态规划检测前跟踪方法 |
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| 申请号 | CN201510133826.X | 申请日 | 2015-03-25 | 公开(公告)号 | CN104714226A | 公开(公告)日 | 2015-06-17 |
| 申请人 | 电子科技大学; | 发明人 | 孔令讲; 姜海超; 李小龙; 卢术平; 易伟; 崔国龙; 杨晓波; 陈建; | ||||
| 摘要 | 该 发明 提供了一种基于 相位 的动态规划检测前 跟踪 方法，属于雷达目标检测跟踪技术领域，特别涉及了复高斯噪声背景下起伏目标检测跟踪技术领域。当接收到雷达回 波数 据后，利用相位信息计算复似然比，通过积累复似然比对所有可能的航迹进行搜索，估计目标状态。该方法较之现有动态规划检测前跟踪 算法 ，通过利用相位信息，能够更好的体现目标与噪声的差异，提高对起伏目标的检测跟踪性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于相位的动态规划检测前跟踪方法，该方法包括： |
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| 说明书全文 | 一种基于相位的动态规划检测前跟踪方法技术领域[0001] 本发明涉及雷达目标检测跟踪技术，特别涉及复高斯背景下起伏微弱目标雷达检测跟踪技术。 背景技术[0002] 随着隐身技术的日趋成熟，飞机、导弹等目标的雷达截面积减小了一到两个数量级，同时包括直升机，小型无人机、低速飞行器等低空飞行的慢速小目标的大量军事运用，使得在机载火控、机载预警、地面情报、舰载雷达等各领域都面临到弱小目标探测难的问题。因此，对微弱目标的检测与跟踪成为雷达急需解决的技术问题。 [0003] 动态规划检测前跟踪方法是一种有效的微弱目标检测跟踪方法，其对多帧雷达回波数据进行联合处理，通过积累目标航迹值函数对所有可能的航迹搜索，从而估计目标的真实状态。现有动态规划检测前跟踪方法目标航迹值函数有两种：(1)幅度；(2)包络对数似然比。这两种目标航迹值函数均未利用相位信息，相位信息的未利用使得目标检测跟踪性能下降，不利于微弱目标的检测跟踪。为提高对恒定幅度微弱目标的检测跟踪性能，Davey等人提出了基于复似然比的检测前跟踪方法，参见文献“S.～J.Davey,M.～G.Rutten,and B. ～ Cheung,``Using phase to improve track-before-detect,"IEEE Trans.Aerosp.Electron.Syst.,vol.48,no.1,pp.832-849,Jan.2012”，结果显示相位信息可以有效的提高对恒定幅度目标的检测跟踪性能。 [0004] 然而真实目标的雷达截面积不可能用一个简单的常数。通常即使对于简单的目标，雷达截面积也是视线角、频率、计划的复杂函数。Swerling 3起伏目标模型为常用起伏2 目标模型，其表征雷达截面积概率密度函数为4°χ分布的目标，为很多小散射体和一个强散射体的近似解，其中强散射体的雷达截面积等于小散射体雷达截面积和的 倍。 发明内容[0005] 本发明的目的是针对现有动态规划检测前跟踪方法在跟踪Swerling 3起伏目标时存在的检测跟踪概率低的问题，改进设计了一种基于相位的动态规划检测前跟踪方法，利用相位信息提高对Swerling 3起伏微弱目标的检测跟踪性能及系统稳定性的目的。 [0006] 本发明提供了一种基于相位的动态规划检测前跟踪方法，该方法包括： [0008] 步骤2：对每一帧每个分辨单元进行目标航迹值函数赋值：每一帧每个分辨单元对应的目标航迹值函数为该分辨单元对应的复似然比； [0009] 步骤3、通过动态规划算法对前K帧中所有可能的目标航迹进行搜索，并记录各目标航迹在每帧对应的分辨单元的位置信息，将前K帧中属于同一目标航迹的分辨单元对应的目标航迹值函数进行叠加，得到该目标在第K帧的目标判定值； [0010] 步骤4、将第K帧每个目标判定值与设定的门限VT进行比较，若高于门限，则认定该判定值对应分辨单元中有目标存在；若第K帧所有目标判定值都低于门限，则宣布目标不存在； [0011] 步骤5、如果步骤4认定目标存在，利用步骤3记录的该目标前K帧位置信息，恢复目标的航迹； [0012] 步骤6：虚假航迹删除：将步骤5中恢复得到的所有目标航迹进行对比，如果有多条航迹在某一帧具有相同位置，则将这些航迹中具有最大目标判定值的航迹作为真实目标航迹，删除其余航迹； [0013] 步骤7、输出目标航迹。 [0014] 所述步骤2的具体步骤为： [0015] 步骤2.1、计算每一帧每个分辨单元对应的复似然比：对分辨单元(i,j)，假设其中包含目标，则目标状态为xk＝[i,vx,j,vy]，其中目标的位置为(i,j)，目标的速度为(vx,vy)，则该分辨单元对应的复似然比为 [0016] [0017] 其中 [0018] [0019] zk(i,j)表示分辨单元(i,j)对应的 [0020] 量测值；Zk＝[zk(1,1),…,zk(1,Ny),zk(2,1),…,zk(1,Ny)]T表示第k帧量测值的集合；(·)T表示转置； 表示目标(m,n) 点扩散函数，其中h (xk)；1≤m≤Nx,1≤n≤Ny表示目标能量对分辨单元(m,n)的贡H 献；Nx表示数据平面的行数，Ny表示数据平面的列数，h (xk)表示h(xk)的共轭转置，M-1.5,0表示参数为-1.5,0的Whittaker函数。 [0021] 步骤2.2、将第k帧第(i,j)个分辨单元对应的目标航迹值函数赋值为步骤2.1中计算得到的该分辨单元对应的复似然比。 [0022] 所述步骤3的具体步骤为： [0023] 步骤3.1、对第1帧各距离分辨单元目标判定值赋值：第1帧各个距离分辨单元对应的目标判定值为该距离分辨单元在步骤2.3中计算得到的目标航迹值函数； [0024] 步骤3.2、对第2帧各距离分辨单元目标判定值赋值：假定第2帧每个分辨单元中存在一个目标，判定第2帧每个目标在第1帧中可能存在的区域，寻找出该区域中目标判定值最大的分辨单元并记录该单元的位置，第2帧相应分辨单元的目标判定值为第1帧中找出的最大目标判定值与第2帧该分辨单元对应的目标航迹值函数的和； [0025] 步骤3.3、采用与步骤3.2相同的方法计算出第3帧至第K帧的目标判定值。 [0026] 所述步骤3中K的取值为3～20。 [0027] 所述步骤6的具体步骤为： [0028] 步骤6.1、将没有经过判定的所有目标航迹中，在第K帧具有最大目标判定值的目标航迹判定为真实目标航迹； [0029] 步骤6.2、将每一条没有经过判定的目标航迹与真实目标航迹进行比较，如果该航迹与真实目标航迹在某帧具有相同位置，则将该航迹判定为虚假航迹； [0030] 步骤6.3、若仍有没有经过判定的目标航迹，则重复步骤6.1、步骤6.2直到所有目标航迹都经过判定。 [0031] 本发明一种基于相位的动态规划检测前跟踪方法，利用相位信息计算各帧各分辨单元对应的复似然比，选取复似然比作为目标航迹值函数进行动态规划值积累。利用相位信息可以有效的提高对Swerling 3起伏目标的检测跟踪性能，减少漏检。附图说明 [0032] 图1为本发明的流程框图。 [0033] 图2为本发明(Nx＝30,Nx＝30,q＝9,K＝5,σn＝1，如果m＝i-1,i,i+1则(m,n) 2 (m,n)h (xk)＝exp(-(m-i)/8)，否则h (xk)＝0)与传统单帧检测(未利用相位，Nx＝30,Nx(m,n) 2 (m,n) ＝30,q＝9,K＝1,σn＝1，如果m＝i-1,i,i+1则h (xk)＝exp(-(m-i)/8)，否则h(xk)＝0)检测性能对比图。其中带“o”的实线表示本发明的性能，带“□”的实线表示传统单帧检测性能。 [0034] 图3为本发明(Nx＝30,Nx＝30,q＝9,K＝5,σn＝1，如果m＝i-1,i,i+1则(m,n) 2 (m,n)h (xk)＝exp(-(m-i)/8)，否则h (xk)＝0)与传统动态规划检测前跟踪方法(未(m,n) 利用相位，Nx＝30,Nx＝30,q＝9,K＝5,σn＝1，如果m＝i-1,i,i+1则h (xk)＝ 2 (m,n) exp(-(m-i)/8)，否则h (xk)＝0)检测性能对比图。其中带“o”的实线表示本发明的性能，带“□”的实线表示传统动态规划检测前跟踪方法检测性能。 具体实施方式[0035] 本发明选取复似然比作为目标航迹值函数，该目标航迹值函数的选取充分利用了目标幅度统计特性、噪声统计特性及目标相位信息。传统动态规划检测前跟踪方法采用的幅度目标航迹值函数三种信息都没有利用，而包络对数似然比利用了目标幅度统计特性与噪声统计特性，却没有利用相位信息。本发明利用相位信息可以进一步提高动态规划检测前跟踪方法的检测跟踪性能。 [0036] 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： [0037] 步骤1：初始化系统参数包括：数据平面大小30×30(即Nx＝Ny＝30)，处理帧数K＝5，状态转移数q＝9，利用蒙特卡洛仿真实验计算出的门限VT＝[-0.0124,0.6802,1.2511,1.7538,1.9351,2.3633,1.9839,1.6518,1.4338,0.2654,-0.5999,-1.8316]，目标点(m,n) 2 (m,n) 扩散函数h(xk)：如果m＝i-1,i,i+1则h (xk)＝exp(-(m-i)/8)，否则h (xk)＝0，噪声平均功率σn＝1，目标平均功率σt＝[1.0000,1.2589,1.5849,1.9953,2.5119,3.1 623,3.9811,5.0119,6.3096,7.9433,10.0000,12.5893](对应信噪比为0-11dB)。 [0038] 步骤2：对每一帧每个分辨单元进行目标航迹值函数赋值：每一帧每个分辨单元对应的目标航迹值函数为该分辨单元对应的复似然比； [0039] 步骤2.1、计算每一帧每个分辨单元对应的复似然比：对分辨单元(i,j)，假设其中包含目标(则目标状态为xk＝[i,vx,j,vy]，其中目标的位置为(i,j)，目标的速度为(vx,vy))，则该分辨单元对应的复似然比为 [0040] [0041] 其中 [0042] [0043] [0044] zk(i,j) 表示分辨单元 (i,j) 对应的量测值；Zk＝ [z k(1,1),…,zk(1,Ny),zk(2,1),…,zk(1,Ny)]T表示第k 帧量测值的集合；(·)T表示转置；(m,n) 表示目标点扩散函数，其中h (xk)；1≤m≤Nx,1≤n≤Ny表示目标能量对分辨单元(m,n)的贡献；Nx表示数据平面的H 行数，Ny表示数据平面的列数，h (xk)表示h(xk)的共轭转置，M-1.5,0表示参数为-1.5,0的Whittaker函数。 [0045] 步骤2.2、将第k帧第(i,j)个分辨单元对应的目标航迹值函数赋值为步骤2.1中计算得到的该分辨单元对应的复似然比。 [0046] 步骤3、通过动态规划算法对前K帧中所有可能的目标航迹进行搜索，并记录各目标航迹在每帧对应的分辨单元的位置信息，将前K帧中属于同一目标航迹的分辨单元对应的目标航迹值函数进行叠加，得到该目标在第K帧的目标判定值； [0047] 步骤3.1、对第1帧各距离分辨单元目标判定值赋值：第1帧各个距离分辨单元对应的目标判定值为该距离分辨单元在步骤2.3中计算得到的目标航迹值函数； [0048] 步骤3.2、对第2帧各距离分辨单元目标判定值赋值：假定第2帧每个分辨单元中存在一个目标，判定第2帧每个目标在第1帧中可能存在的区域，寻找出该区域中目标判定值最大的分辨单元并记录该单元的位置，第2帧相应分辨单元的目标判定值为第1帧中找出的最大目标判定值与第2帧该分辨单元对应的目标航迹值函数的和；具体处理方式如下：第2帧第(i,j)个距离分辨单元，假设其中存在一个目标，则该目标在前一帧(第1帧)中可能存在的区域为(i-1-vx,j-1-vy),(i-1-vx,j-vy),(i-1-vx,j+1-vy),(i-vx,j-1-vy),(i-vx,j-vy)，(i-vx,j+1-vy),(i+1-vx,j-1-vy),(i+1-vx,j-vy),(i+1-vx,j+1-vy)； [0049] 步骤3.3、采用与步骤3.2相同的方法计算出第3帧至第K帧的目标判定值。 [0050] 步骤4、将第K帧每个目标判定值与设定的门限VT进行比较，若高于门限，则认定该判定值对应分辨单元中有目标存在；若第K帧所有目标判定值都低于门限，则宣布目标不存在； [0051] 步骤5、如果步骤4认定目标存在，利用步骤3记录的该目标前K帧位置信息，恢复目标的航迹； [0052] 步骤6：虚假航迹删除：将步骤5中恢复得到的所有目标航迹进行对比，如果有多条航迹在某一帧具有相同位置，则将这些航迹中具有最大目标判定值的航迹作为真实目标航迹，删除其余航迹； [0053] 步骤6.1、将没有经过判定的所有目标航迹中，在第K帧具有最大目标判定值的目标航迹判定为真实目标航迹； [0054] 步骤6.2、将每一条没有经过判定的目标航迹与真实目标航迹进行比较，如果该航迹与真实目标航迹在某帧具有相同位置，则将该航迹判定为虚假航迹； [0055] 步骤6.3、若仍有没有经过判定的目标航迹，则重复步骤6.1、步骤6.2直到所有目标航迹都经过判定。 [0056] 步骤7、输出目标航迹。 [0057] 可以看出本发明提出的方法较之传统动态规划检测前跟踪方法及传统单帧检测方法检测性能均具有很大的提升，能够有效的对微弱Swerling 3起伏目标进行检测跟踪。 |
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