本发明专利技术公开了基于FPGA的实时Hough变换检测微弱目标的方法，属于雷达信号处理的技术领域。所述方法，将夹角区间划分为若干子区间并在各子区间内：遍历各夹角并结合雷达回波信号特征点坐标得到各夹角对应的法线距离，将相同参数坐标对应特征点的幅值进行累加得到包含特征点幅值累加和的参数坐标，在包含特征点幅值累加和的参数坐标中的搜索幅值累加和极大者；从各子区间的幅值累加和极大者中选取最大值作为检测结果。本发明专利技术提高了算法在硬件平台上的实时性，可应用于动态范围要求高的警戒雷达以实时截获与跟踪目标。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开了，属于雷达信号处 理的
技术介绍
在雷达信号处理中，传统的先检测后跟踪（DBT，Detect-Before-Track)方法在 信杂比很低的时候，检测性能会大幅度下降，表现为检测概率降低，出现大量虚警等。现代 警戒雷达有效预警的要求是DBT方法远远不能满足的，如文献《用于雷达弱小目标检测的 改进TBD算法》（孙立宏，王俊，达科学与技术，2007, 5 (4) : 292-295)。检测前跟踪（TBD， Track-Before-Detect)是低信噪比下对微弱目标进行检测和跟踪的一种技术。由于目 标的信噪比较低，单帧无法得出检测结果，如文献《雷达微弱目标的TBD技术研究》（罗小 云，西安电子科技大学硕士学位论文）。TBD的实质是用时间换取信噪比，经过数次扫描时 刻的积累，对假设路径包含的点作几乎没有信息损失的相关处理，在目标的轨迹被估计出 来后，同时宣布检测结果和目标的轨迹，如文献〈Recursive track-before-detect with target amplitude fluctuations)(MG Rutten, NJ Gordon, S Maskell, IEE Proc Radar Sonar Navig, 2005, 152 (5) :345 - 322)。Hough 变换是一种将直线映射到 Hough 空间（即 参数空间）中，并检测其特征的技术，如文献《基于Hough变换的微弱目标检测方法研 究》（郭陈林，电子科技大学硕士学位论文）所述。在参数空间中，噪声点或孤立点的积 累幅值很小，直线上所有的点对参数空间中的直线特征点都有贡献，因而能达到积累的效 果，如文献《基于Hough变换的检测前跟踪算法的性能分析》（黄勇，曲长文，苏峰，现代雷 达，2005, 26 (12) : 37-41)。将Hough变换应用于雷达小目标检测中，可以对目标航迹进行有 效的增强，提高了抗噪声、抗杂波干扰的性能，有利于对小目标的检测，如文献《两级Hough 变换航迹起始算法》（金术玲，梁彦，王增福，电子学报，2008, 36 (3) : 590-593)。Hough变 换算法中涉及到大量的三角运算、乘加运算以及排序求局部最大值等，运算量巨大，如文献 <A multi-dimensional Hough transform-based track-before-detect technique for detecting weak targets in strong clutter backgrounds)(Moyer L R, Spak J, Lamanna P, Aerospace and Electronic Systems, 2011,47 (4): 3062-3068)。因而 Hough 变换在 DSP 和PC机上的运行效率很低，难以满足现代警戒雷达对快速预警的需求。随着FPGA芯片工 艺和集成度的快速提升，利用FPGA芯片内部丰富的逻辑、存储器、乘法器等硬件资源，采用 并行和流水线处理结构，使得Hough变换的实时实现成为可能，如文献《基于CORDIC算法 的Hough变换及其FPGA实现》（王新新，于素萍，赵小明，通信技术，2010, 43 (7) : 155-157)。 另一方面，目前国内外关于实时Hough变换的FPGA实现大多应用在图像处理领域，如车道 的实时检测，如《一种面向FPGA的快速Hough变换》（商尔科，李健，安向京，计算机工程与 应用，2010, 46 (7) : 72-75)，但是此类应用对图像均进行了边缘检测处理，目标矩阵中的特 征点的幅值为〇或1。而在雷达信号处理领域中，TBD技术所检测的目标矩阵特征点的幅值 动态范围很大，前面涉及的基于FPGA的Hough变换在动态范围较高的警戒雷达实时目标跟 踪上有局限性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述
技术介绍
的不足，提供了基于FPGA的实 时Hough变换检测微弱目标的方法，可应用于对动态范围要求高的警戒雷达以实时截获与 跟踪目标，解决了传统单一门限判决技术不能满足雷达系统检测目标的需求、Hough变换在 基于单指令单数据（Single Instruction Single Data, SISD)结构的计算载体上难以实时 实现的技术问题。 本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案： ，包括如下步骤： 将夹角区间划分为若干子区间并在各子区间内：遍历各夹角Θ并结合雷达回波 信号特征点坐标得到各夹角Θ对应的法线距离p，将相同参数坐标对应特征点的幅值进 行累加得到包含特征点幅值累加和的参数坐标，在包含特征点幅值累加和的参数坐标中搜 索幅值累加和极大者； 从各子区间的幅值累加和极大者中选取最大值作为检测结果。 作为所述的进一步优化方案，所 述参数坐标以地址形式记录了各夹角及对应的法线距离。 进一步的，所述中，构建FPGA硬 件平台以实现实时Hough变换，所述FPGA硬件平台的构建方法为： 构建与子区间数目相同的Hough变换子模块以及由各Hough变换子模块输出值获 取幅值累加和最大值的比较器，所述Hough变换子模块包括：Θ值输出模块、特征点输出模 块、由Θ值以及特征点坐标得到法线距离的p值产生模块、获取包含特征点幅值累加和的 参数坐标的幅值累加模块、在幅值累加模块输出数据中确定幅值累加和极大者的极大值搜 索模块。 进一步的，所述基于FPGA的实时Hough变换检测微弱目标方法中，Θ值输出模块 为在输入时钟信号后输出Θ值以及进位信号的第一计数器。 进一步的，所述基于FPGA的实时Hough变换检测微弱目标方法中，特征点输出模 块包括：第二计数器、LPM_R0M，其中， 第二计数器的输入端接进位信号，LPM_R0M输入端接第二计数器输出端； 第二计数器以进位信号为输入时钟信号，LPM_R0M以第二计数器的输出数据为地 址信号并在收到地址信号后将存储的数据分离为特征点X轴坐标、y轴坐标、幅值。 进一步的，所述中，所述P值的 产生模块包括： 由Θ值确定cos Θ、sin Θ取值的第一、第二三角函数产生模块， 获取特征点X轴坐标与第一三角函数产生模块输出值乘积的第一乘法器， 获取特征点y轴坐标与第二三角函数产生模块输出值乘积的第二乘法器， 对两乘法器输出值累加得到特征点在当前Θ值对应法线距离的加法器。 进一步的，所述基于FPGA的实时Hough变换检测微弱目标方法中，幅值累加模块 包括：根据参数坐标读取幅值累加和的双口 RAM、对相同参数坐标对应的特征点幅值进行 累加的加法器，加法器输出包含特征点幅值累加和的参数坐标给极大值搜索模块。 进一步的，所述基于FPGA的实时Hough变换检测微弱目标方法中，极大值搜索模 块为筛选幅值累加模块输出数据中特征点幅值累加和极大者的幅值比较器。 本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：采用FPGA硬件平台，利用FPGA内 部资源复用和算法流水线结构分解，将对雷达回波信号特征点进行遍历的夹角区间划分为 若干子区间，各子区间在空间上同时进行Hough变换，在每个时钟周期都能得到一个参数 值，实时的Hough变换提高了算法在本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于FPGA的实时Hough变换检测微弱目标的方法，其特征在于，包括如下步骤：将夹角区间划分为若干子区间并在各子区间内：遍历各夹角θ并结合雷达回波信号特征点坐标得到各夹角θ对应的法线距离ρ，将相同参数坐标对应特征点的幅值进行累加得到包含特征点幅值累加和的参数坐标，在包含特征点幅值累加和的参数坐标中搜索幅值累加和极大者；从各子区间的幅值累加和极大者中选取最大值作为检测结果。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：熊云鹏，王旭东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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