檢測快速火炮類微弱目標的方法
【專利摘要】本發明公開了一種檢測快速火炮類微弱目標的方法,雷達信號處理系統對各方位的回波并行應用改進的動態規劃檢測算法，先將每個方位的慢時間-距離域數據轉換到多普勒-距離域；然后對變換后的多普勒-距離域數據進行第一門限預判；再根據速度模糊數范圍復制上述預處理所得的連續K幀多普勒-距離數據，并調整復制數據的多普勒維坐標值；接著分別對每一個模糊數數據應用動態規劃算法，獲得相應的值函數積累值和目標運動狀態矩陣；聯合所有模糊數的值函數積累值宣判雷達檢測結果。本發明結合快速火炮類目標的特點,將改進的動態規劃算法應用到了脈沖多普勒雷達信號處理中,有效地提高了雷達的檢測概率。
【專利說明】檢測快速火炮類微弱目標的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種低信噪比條件下雷達系統快速檢測火炮類微弱目標的方法。
【背景技術】
[0002] 目前現代雷達信號處理理論基本上還是遵循平穩信號處理模型，并且只利用到單 個頻率和單個距離單元的孤立處理方式，并沒有涉及到目標的速度變化、距離徙動等非平 穩因素的影響。而對于高速運動的雷達弱小目標，積累時對目標的非平穩因素是必須考慮 的。由于回波信號的信噪比很低，如果只利用單幀的回波數據，無法得出檢測結果。因此需 要對雷達的回波信號做長時間的多脈沖積累。其次由于目標運動速度較高或距離分辨率 高，目標回波可能發生距離走動，因此長時間積累時目標能量擴散，當目標移動超過一個包 絡主瓣寬度時積累無效。火炮類目標具有速度快，一般可達l〇〇〇m/s，RCS小，小到0· OOOlm2 等特點，導致回波信噪比很小，制約了雷達的檢測性能。提高雷達回波信噪比通常有三種 方法：增大雷達發射功率，但這會導致雷達體積變大，且容易被敵方截獲；增大發射脈沖寬 度，但又會使雷達盲區變大，特別是目標高速運動時，多普勒耦合效應使主副瓣比迅速下 降；另一種是保持雷達系統參數不變，對雷達回波進行長時間相干積累，而對于高速運動的 雷達弱小目標，存在跨距離、跨多普勒單元的問題，因此長時間相干積累時目標能量擴散， 當目標移動超過一個主瓣寬度時積累無效。
[0003] 近年來，檢測前跟蹤技術（TBD)逐漸成為弱小目標探測跟蹤技術發展的主流。該 類技術主要包括三維匹配濾波、多級假設檢驗序貫處理、動態規劃、高階相關處理等方法。 動態規劃算法是窮盡搜索法的一種等效實現算法，其主要思想是將η維優化問題轉化為η 個1維優化問題，對優化問題的分級處理使其計算效率遠遠高于窮盡搜索。
[0004] 在現有技術中，動態規劃算法通常用于求解具有某種最優性質的問題。在這類問 題中，可能會有許多可行解。每一個解都對應于一個值，通常希望找到具有最優值的解。動 態規劃算法的基本思想是將待求解問題分解成若干個子問題，先求解子問題，然后從這些 子問題的解得到原問題的解。由于在低信噪比下，單幀數據無法得出檢測結果。動態規劃 算法通過先存儲多幀雷達回波原始數據，然后進行目標幀間能量積累實現對低可觀測目標 進行檢測和跟蹤的技術。結合動態規劃算法的特點，雖然理論上可對火炮類高速弱機動性 目標提前發現和檢測。但動態規劃算法要聯合多幀3維數據進行處理，運算量和存儲量都 很大，難以達到近程高速火炮類目標檢測的實時性。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是針對上述現有技術存在問題，根據被觀測目標的特點，提供了一 種能夠降低計算量，縮短雷達反應時間，并能有效解決檢測空間高速弱小運動目標的方法。
[0006] 本發明的上述目的可以通過以下措施來達到。一種檢測快速火炮類微弱目標的 方法，其特征在于包括如下步驟：信號處理系統接收某一方位上的N個脈沖、M個距離單 元的數據（定義為一幀回波數據），動態規劃一次積累的雷達回波數據幀數為Κ，搜索區域 為C^Xqv個矩形區域；在脈沖多普勒雷達體制下，對各方位回波并行運行改進的動態規劃 算法，把一幀原始慢時間-距離域回波數據變換到多普勒-距離域，對每一個脈沖回波進行 脈沖壓縮，再將脈沖壓縮后的回波按距離單元沿慢時間維做N點快速傅立葉變換FFT得到 每個距離單元的多普勒信息，并記獲得的NXM維多普勒-距離數據為X nxm，然后根據第一 門限預判，將獲得的完整多普勒-距離域數據取模并與第一虛警門限H1比較，保留大于門 限的數據而將小于該門限的數據置零；經過上述處理后得到的連續K幀多普勒-距離數據 矩陣：
【權利要求】
1. 一種檢測快速火炮類微弱目標的方法，其特征在于包括如下步驟：信號處理系統接 收某一方位上的N個脈沖、M個距離單元的數據并定義為一幀回波數據，動態規劃一次積累 的雷達回波數據幀數為K，動態規劃算法幀間積累時前向搜索區域為C^Xqv個數據單元的 矩形區域；在脈沖多普勒雷達體制下，信號處理系統對各方位上接收的回波并行運行改進 的動態規劃算法，首先把一幀原始慢時間-距離域回波數據變換到多普勒-距離域，對每一 個脈沖回波進行脈沖壓縮，再將脈沖壓縮后的回波按距離單元沿慢時間維做N點快速傅立 葉變換FFT得到每個距離單元的多普勒信息，并記獲得的NXM維多普勒-距離數據為Xnxm; 然后進行第一門限預判，將獲得的完整多普勒-距離數據取模并與第一虛警門限H1比較， 保留大于門限的數據而將小于該門限的數據置零；經過上述處理后得到的連續K幀多普 勒-距離域數據矩陣：動態規劃算法一次積累的一組數據，再根據 模糊數范圍h= 1，···，Η，復制H份該組數據，同時調整這些數據的多普勒維坐標值，調整規 則為模糊數序號為h的那組數據的多普勒維坐標調整為（h-l)Fprt:hFprt ;接著分別對每一 個模糊數的一組數據運行動態規劃算法，獲得相應的值函數積累結果，h= 1，"·，Η， 和目標運動狀態矩陣Sf;最后聯合所有模糊數的H個值函數結果搜索其中的最大值并記為 ,再將該最大值與第二虛警門限η2進行比較，由比較結果宣判檢測結果： 大于門限則宣判檢測到目標，反之則宣判沒有目標；當檢測結果為有目標時，結合對應的 目標運動狀態矩陣S)'提取目標運動軌跡和加速度，再通過最大值函數在上述矩陣中的坐標 值和對應的模糊數估計目標速度^ ;將上述目標檢測結果和目標狀態估計值輸送到終端顯 示；其中，Xnxm為第一門限預判后的多普勒-距離數據，Fprf為脈沖重復頻率，D為最大不模 糊徑向速度，H為最大速度模糊數，δv為速度分辨率，m、n、h為自然數。
2. 如權利要求1所述的檢測快速火炮類微弱目標的方法，其特征在于：信號處理系統 對各方位的回波并行運行改進的動態規劃算法，將常規多普勒-距離-方位三維空間動態 規劃算法降維處理，僅在各個方位上并行處理多普勒-距離二維數據。
3. 如權利要求1所述的檢測快速火炮類微弱目標的方法，其特征在于：目標運動狀態 矩陣Sf是記錄第h個速度模糊數對應的動態規劃算法前向搜索區域中目標的加速度和坐 標，并用于恢復目標航跡和運動狀態的矩陣，其維數為3XNXMX(K-1) 記 錄的是前k幀積累后值函數^1^中坐標為（n，m)的數據在中搜索到的目標的加速度 值和坐標值。
4. 如權利要求1所述的檢測快速火炮類微弱目標的方法，其特征在于：若設背 景噪聲為均值為零、方差為σ2的復高斯白噪聲，雷達第一、二虛警門限分別計算為
5. 如權利要求1所述的檢測快速火炮類微弱目標的方法，其特征在于：改進的動態規 劃是指在基礎動態規劃算法之前加入第一門限預判的操作，在第一門限預判中，將連續獲 得的K幀多普勒-距離數據矩陣ILw，k= 1，…，Η，取模并將該模值數據矩陣與第一虛警 門限H1比較，保留大于門限的數據而將小于該門限的數據置零，運行動態規劃時只對預判 后數據中的非零數值進行前向搜索積累，大大減小了計算量。
6. 如權利要求1所述的檢測快速火炮類微弱目標的方法，其特征在于：動態規劃算 法遍歷目標可能的速度范圍，對于快速目標存在速度模糊，需要計算目標的速度模糊數范 圍，首先計算最大模糊數為H=Ceil|·-^-·I,其中ceil(·)表示向上取整數，最大不模糊速 度為D=,雷達多普勒分辨單元為Sfd=Ik，速度分辨單元為δν =M41 N 2
7. 如權利要求1所述的檢測快速火炮類微弱目標的方法，其特征在于：根據速度模糊 數范圍：k= 1，···，Η，將預判后的K幀回波數據矩陣復制成H組，調整模糊數序號為h的那 組數據的多普勒維坐標為（h-l)FPrt:hFPrt，其對應的速度范圍為（h-l)D:hD，分別對每一個 速度模糊數對應的一組數據運行基礎動態規劃算法。
8. 如權利要求1所述的檢測快速火炮類微弱目標的方法，其特征在于：在動態規劃算 法的前向搜索中，遍歷值函數中所有大于零的數據，根據位置（n，m)點距離單元對應的 距離和多普勒單元對應的速度信息預測下一幀的搜索矩形區域中心（n'，m' )k+1:n' k+1
9. 如權利要求1所述的檢測快速火炮類微弱目標的方法，其特征在于：搜索第k+1幀 以（n'，m' )k+1為中心的(1'1矩形區域中的最大數值，記該值對應的坐標為（n，m)k+1! 后進行三個操作：更新值函數，使Z.U(nMI,mkn) =I=,mk,丨）+Zt,_w (n,m),估計目 標加速度ak+1 =v(nk+1)-v(η),存儲目標運動狀態S,A(:,n,m,k) =IatrtpIilrtl,!!!.,);當遍歷完 原值函數平面中的所有非零值時，數據矩陣的信息已經提取并存儲，該數據可丟棄。
10. 如權利要求1所述的檢測快速火炮類微弱目標的方法，其特征在于：在宣判檢測 結果的同時給出目標狀態估計值，利用動態規劃算法K幀數據積累后的H個值函數數據，取 出最大值，:)與第二虛警門限比較,若小于第二門限,則宣判沒有目標,若大 于第二門限，則宣判有目標，同時根據該最大值在值函數中坐標從目標運動狀態矩陣Sf中 提取目標運動軌跡和加速度，目標速度估計值為J= (11-1) ·Sv。
【文檔編號】G01S7/41GK104459661SQ201410515775
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】帥曉飛, 狄中泉, 田煒, 吳杰, 王宗全 申請人:零八一電子集團有限公司
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