一种融合能量和变化率两种测量的船长估计方法技术

一种融合能量和变化率两种测量的船长估计方法，通过高分辨雷达获取目标舰船的高分辨距离像，并对取得的HRRP数据进行归一化预处理；将归一化预处理后的HRRP数据进行低通滤波处理；对低通滤波处理结果中每个点求微分，找出所有可能的端点位置；设定待测的起点和终点检测时能量比的双门限，并初始化待检测信号窗的大小；从HRRP波形图的两端向内逼近，并将能量定义为待检测信号窗内所有点的幅值的绝对值之和，在HRRP波形图中，船头(或船尾)处船身一侧的幅值比船身以外的幅值明显更大，因而能量更高，逐个比较待测点两侧能量的比值与门限的大小，直至找出船头和船尾在待检测信号窗中的相对位置；求船头和船尾的差值得到舰船长度。

【技术实现步骤摘要】
一种融合能量和变化率两种测量的船长估计方法
本专利技术属于雷达目标识别领域，涉及一种融合能量和变化率两种测量的船长估计方法。
技术介绍
高分辨距离像(HRRP)是用宽带雷达信号获取的目标散射点复子回波在雷达射线上投影的向量和，其特点是发出某一波长的高频信号，通过反射成像时间和位置，从而得出高分辨率距离像，它提供了目标散射点沿距离方向的分布信息,具有目标重要的结构特征，对目标识别与分类十分有价值。舰船的一维距离像反映出舰船主体结构分布，高峰一般出现在船楼、桅杆、烟囱等较高处，峰堆之间的波谷也一定程度上反映出舰船主体结构之间的相对位置。对于HRRP数据幅度敏感性问题，通常采取对原始高分辨距离像归一化来解决。海上舰船作为一种移动目标，其回波是目标后向电磁散射和海杂波背景电磁散射的叠加，让预处理后的HRRP数据经过滤波处理，可以有效减少杂波的干扰。传统的船长估计算法总有一定的局限性，主要根据实际船长、投影船长、姿态角之间的几何关系，对HRRP数据进行单阈值处理，通过确定目标区域所占据的距离单元数来计算船长，但这种算法并没有验证其估测的精度。还有一种基于尾迹特征的SAR图像舰船长度估计方法，先提取波高谱，再根据波高谱和波幅函数之间的关系计算波幅函数，最后根据波幅函数曲线的周期特性估计舰船长度，这种算法忽略了实际环境中合成孔径雷达图像存在大量的噪声和杂波干扰，因此不能保证算法的鲁棒性，而且SAR与高分辨距离像的机理不同，导致其应用起来有困难。数字滤波器根据冲激响应的不同，可分为有限冲激响应(FIR)滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器；从滤波特性上分类，则有低通、高通、带通、带阻几种类型。IIR滤波器采用递归性结构，引入反馈环节，通常由延时、乘以系数、相加等基本运算组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式。切比雪夫滤波器是一种在通带或阻带上频率响应幅度等纹波动的滤波器。振幅特性在通带内是等波纹、在阻带内是单调的称为切比雪夫Ⅰ型滤波器；振幅特性在通带内是单调的、在阻带内是等波纹的称为切比雪夫Ⅱ型滤波器。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可行性高、准确率高的融合能量和变化率两种测量的船长估计方法。本专利技术采用的技术方案是：一种融合能量和变化率两种测量的船长估计方法，其具体步骤如下：(1)通过高分辨雷达获取目标舰船的高分辨距离像HRRP，并对取得的HRRP数据进行归一化预处理，设Di(i＝1,2,...,mm是数据长度)表示原始HRRP中的每个数据，则归一化后的HRRP数据D'i可用公式(1)计算：式(1)中,max函数表示取{}内所有数值的最大者，min函数表示取{}内部数值的最小者；(2)将归一化预处理后的HRRP数据D'i进行低通滤波处理，输出结果为Ai(i＝1,2,...,m)；(3)对Ai(i＝1,2,...,m)中每个点求微分，找出所有可能的端点位置，所有待测起点的位置用Hj(j＝1,2，…,n1,n1是Hj长度)表示，所有待测终点的位置用Ik(k＝1,2,…,n2,n2是Ik长度)表示；(4)设定待测的起点和终点检测时能量比的双门限，分别用Ts和Te表示；并初始化待检测信号窗的大小W，初始化低通滤波器延迟大小D；(5)检测端点，从HRRP波形图的两端向内逼近，在Hj中从前往后搜索起点，在Ik中从后向前搜索终点，并将能量定义为Ai的一个窗内所有点的幅值的绝对值之和，在HRRP波形图中，船头(或船尾)处船身一侧的幅值比船身以外的幅值明显更大，因而能量更高，逐个比较待测点两侧能量的比值与门限的大小，直至找出船头和船尾在Ai中的相对位置，用Ps表示起点位置，Pe表示终点位置；(6)求取舰船长度，设船长为Len，则Len＝Pe-Ps。进一步，步骤(2)中的低通滤波器采用切比雪夫Ⅰ型的IIR低通滤波器，其差分方程可用式(2)表示：式(2)中，x(n)是输入信号，y(n)是输出信号，ak和bk为滤波器系数；并设置低通滤波器的阶数、截止频率、通带纹波、采样率。进一步，步骤(3)中端点位置的确定步骤包括：1)由于相邻数据间的步长为1，求微分等同于差分化，即：△Ai＝Ai+1-Ai其中i＝1,2,…,m-1(3)2)再对△Ai归一化处理，使：其中，i＝1,2,…,m-1(4)3)设定两个临界值g1和g2，Hj为△A'i中所有大于g1的点，即Ik为△A'i中所有小于g2的点，即进一步，步骤(5)中起点Ps的检测步骤如下：A、初始化起点，令Ps＝H1+j-D，式中j＝0,1,2,...,l1，检测前先令j＝0，令l1＝W，即最多检测W次；B、计算能量值，根据定义，待测起点右侧的能量用式(5)计算：其中，imin＝Ps，imax＝min{Ps+W,m}(5)式(5)中，m是Ai总长度，引入min函数是为了当右侧数据量少于一个窗时，取到最后一个点为止，下同；待测起点左侧的能量用式(6)计算：其中，imin＝max{Ps-W,v}，imax＝Ps-1(6)式(6)中，v＝1，即Ai中第一个点所在位置，引入max函数是为了当左侧数据量少于一个窗时，从第一个点开始取，下同；C、门限判决，将步骤B计算出的能量值之比Es1/Es0与设定的Ts比较，当Es1/Es0>Ts则退出循环，确定起点位置；否则，令j＝j+1并返回步骤A。进一步，步骤(5)中终点Pe的检测步骤如下：a、初始化终点，令式中k＝0,1,2,...,l2，检测前先令k＝0，令l2＝W；b、计算能量值，采用式(7)计算待测终点右侧的能量值：其中，imin＝Pe+1，imax＝min{Pe+W,m}(7)采用式(8)计算待测终点左侧的能量值：其中，imin＝max{Pe-W,v},imax＝Pe(8)c、门限判决，将步骤b计算出的能量值之比Ee1/Ee0与设定Te比较，当Ee1/Ee0>Te则退出循环，确定终点位置；否则，令k＝k+1并返回步骤a。本专利技术首先需要将HRRP数据进行归一化，以消除幅度敏感性的影响；将归一化后的HRRP数据进行低通滤波处理，可在一定程度上降低海杂波等噪声的干扰，从而提取到对舰船长度估计有用的信息；HRRP数据波形图中，端点(对应船头和船尾)处的曲线走势通常较“陡”，即斜率的绝对值较大，对低通滤波结果Ai中每个点求微分，找出所有可能的端点位置；然后通过对各确定端点位置的能量比与预设能量比的比较来确定起点位置和终点位置，最后求起点位置和终点位置差值得到舰船长度，得到的结果准确率高，具有较高的可行性。本专利技术的有益效果：结果准确率高，具有较高的可行性。附图说明图1是本专利技术的流程示意图。图2是本专利技术的低通滤波器的幅值与相位曲线图。图3是某目标舰船的HRRP数据滤波前和滤波后的波形图。具体实施方式下面结合具体实施例来对本专利技术进行进一步说明，但并不将本专利技术局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本专利技术涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。参照图1，一种融合能量和变化率两种测量的船长估计方法，其具体步骤如下：(1)通过高分辨雷达获取目标舰船的高分辨距离像HRRP，并对取得的HRRP数据进行归一化预处理，设Di(i＝1,2,...,mm是数据长度)表示原始HRRP中的每个数据，则归一化后的HRRP数据D'i可用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种融合能量和变化率两种测量的船长估计方法，其具体步骤如下：(1)通过高分辨雷达获取目标舰船的高分辨距离像HRRP，并对取得的HRRP数据进行归一化预处理，设Di(i＝1,2,...,m m是数据长度)表示原始HRRP中的每个数据，则归一化后的HRRP数据D′i可用公式(1)计算：Di′=Di-min{Di}max{Di}-min{Di},(i=1,2,...,m)---(1)]]>式(1)中,max函数表示取{}内所有数值的最大者，min函数表示取{}内部数值的最小者；(2)将归一化预处理后的HRRP数据Di'进行低通滤波处理，输出结果为Ai(i＝1,2,...,m)；(3)对Ai(i＝1,2,...,m)中每个点求微分，找出所有可能的端点位置，所有待测起点的位置用Hj(j＝1,2，…,n1,n1是Hj长度)表示，所有待测终点的位置用Ik(k＝1,2,…,n2,n2是Ik长度)表示；(4)设定待测的起点和终点检测时能量比的双门限，分别用Ts和Te表示；并初始化待检测信号窗的大小W，初始化低通滤波器延迟大小D；(5)检测端点，从HRRP波形图的两端向内逼近，在Hj中从前往后搜索起点，在Ik中从后向前搜索终点，并将能量定义为Ai的一个窗内所有点的幅值的绝对值之和，在HRRP波形图中，船头(或船尾)处船身一侧的幅值比船身以外的幅值明显更大，因而能量更高，逐个比较待测点两侧能量的比值与门限的大小，直至找出船头和船尾在Ai中的相对位置，用Ps表示起点位置，Pe表示终点位置；(6)求取舰船长度，设船长为Len，则Len＝Pe‑Ps。...

【技术特征摘要】
1.一种融合能量和变化率两种测量的船长估计方法，其具体步骤如下：(1)通过高分辨雷达获取目标舰船的高分辨距离像HRRP，并对取得的HRRP数据进行归一化预处理，设Di表示原始HRRP中的每个数据，其中i＝1,2,...,m，m是数据长度，则归一化后的HRRP数据Di'可用公式(1)计算：其中i＝1,2,...,m(1)式(1)中,max函数表示取{}内所有数值的最大者，min函数表示取{}内部数值的最小者；(2)将归一化预处理后的HRRP数据D′i进行低通滤波处理，输出结果为Ai，其中i＝1,2,...,m；(3)对Ai中每个点求微分，找出所有可能的端点位置，所有待测起点的位置用Hj表示，j＝1,2，…,n1,n1是Hj长度，所有待测终点的位置用Ik表示，其中k＝1,2,…,n2,n2是Ik长度；(4)设定待测的起点和终点检测时能量比的双门限，分别用Ts和Te表示；并初始化待检测信号窗的大小W，初始化低通滤波器延迟大小D；(5)检测端点，从HRRP波形图的两端向内逼近，在Hj中从前往后搜索起点，在Ik中从后向前搜索终点，并将能量定义为Ai的一个窗内所有点的幅值的绝对值之和，在HRRP波形图中，船头或船尾处船身一侧的幅值比船身以外的幅值明显更大，因而能量更高，逐个比较待测点两侧能量的比值与门限的大小，直至找出船头和船尾在Ai中的相对位置，用Ps表示起点位置，Pe表示终点位置；(6)求取舰船长度，设船长为Len，则Len＝Pe-Ps。2.如权利要求1所述的一种融合能量和变化率两种测量的船长估计方法，其特征在于：步骤(2)中的低通滤波器采用切比雪夫Ⅰ型的IIR低通滤波器，其差分方程可用式(2)表示：式(2)中，x(n)是输入信号，y(n)是输出信号，aK和bK为滤波器系数；并设置低通滤波器的阶数、截止频率、通带纹波、采样率。3.如权利要求1或2所述的一种融合能量和变化率两种测量的船...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宝峰，王刚，孙同晶，卢会敏，杨振，赵鑫，马腾，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33