一种基于极化信息的高频地波雷达TBD方法技术

一种基于极化信息的高频地波雷达TBD方法，本发明专利技术涉及基于极化信息的高频地波雷达TBD方法。本实发明专利技术是为了解决目前采用的TBD方法在高频地波雷达中的检测和跟踪性能较低的问题。具体是按照以下步骤进行的：步骤一：对每一帧回波数据中海杂波进行剔除，得到可以处理的距离速度谱数据；步骤二：对步骤一中得到的第一帧数据进行恒虚警预检测处理，得到I(r,d)(1)和U1；步骤三：根据步骤二得到I(r,d)(2)和U2；步骤四：根据步骤三得到I(r,d)(3)和U3；步骤五：迭代执行步骤四K-3次直至得到I(r,d)(K)，根据I(r,d)(K)可得到目标的航迹。本发明专利技术应用于高频地波雷达目标检测跟踪领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于极化信息的高频地波雷达TBD方法。
技术介绍
在高频地波雷达应用中，外部噪声很强,包括短波电台干扰，一阶二阶谱,大气噪声等，相比起来目标回波强度很弱，信噪比较低,即使通过二维相参积累后,仍然无法进行可靠检测形成弱目标。早期的雷达系统一般都采用先检测后跟踪的方法来实现目标检测和跟踪。检测在雷达信号处理部分完成，即首先进行杂波和噪声的抑制，然后与检测门限比较，完成恒虚警检测，跟踪在雷达数据处理部分完成，通过对CFAR检测得到的点迹进行预处理、航迹起始、滤波和关联，最终得到目标的航迹。但在传统的雷达目标检测中，CFAR处理存在信噪比(SignaltoNoiseRatio，SNR)损失，这更加降低了微弱目标在低SNR背景下的可检测性。TBD方法又称检测前跟踪算法，采用了不同的处理思路，该方法不是对单帧数据进行阈值处理检测，而是先对全部数据依据一定的跟踪算法进行轨迹跟踪，跟踪多帧之后，待轨迹能量积累到一定的程度后，再依据预先设定的门限阈值进行判断哪些轨迹是真实目标的轨迹，真实轨迹一旦确定，则目标的检测任务自然完成。整个过程中，一方面利用了目标运动在短时间内的相关性，噪声在这个过程中具有随机性，这样经过多帧积累后，真实目标的轨迹的积累能量一定会大于噪声所形成的伪轨迹的能量积累值。另一方面因为未经门限阈值处理过的数据包含了较为全面的目标信息，不会出现目标潜在信息过多丢失的可能，所以经过多帧的积累过程，使得目标的信噪比得到了提高，从而使得对目标的检测性能得到较大的提高。该方法对较低的信噪比的目标有着很好的检测跟踪性能。TBD算法实质上是用穷举法搜索所有可能的目标轨迹，实现起来运算量非常大，为了减少运算量，运用动态规划方法实现，利用递归的方式寻找局部最优解，确定目标的最优航迹。动态规划方法实现检测前跟踪存在以下问题，当信噪比低于某一值时，算法的检测跟踪性能迅速下降。
技术实现思路
本专利技术是为了解决在低信噪比情况下，目前采用的TBD方法在高频地波雷达中的检测和跟踪性能较差的问题，而提出的一种基于极化信息的高频地波雷达TBD方法。一种基于极化信息的高频地波雷达TBD方法按以下步骤实现：步骤一：对每一帧回波数据中海杂波进行剔除，得到可以处理的距离速度谱数据，所述距离速度谱数据包括K帧数据，10≤K≤30；步骤二：对步骤一中得到的第一帧数据进行恒虚警预检测处理，得到I(r,d)(1)和U1，I(r,d)(1)为第一帧中超过Vcfar的数据单元的阶段值函数，所述U1为目标在第二帧数据的状态转移区域，r为距离单元坐标，d为多普勒单元坐标；Vcfar为恒虚警门限，阶段值函数指的是数据单元的幅值；步骤三：根据步骤二得到I(r,d)(2)和U2，I(r,d)(2)为第二帧中超过恒虚警门限的数据单元的阶段值函数，U2为目标在第三帧数据的状态转移区域；步骤四：根据步骤三得到I(r,d)(3)和U3，I(r,d)(3)为第三帧中超过恒虚警门限的数据单元的阶段值函数，U3为目标在第四帧数据的状态转移区域；步骤五：迭代执行步骤四K-3次直至得到I(r,d)(K)，若I(r,d)(K)超过检测门限，则判定该(r,d)数据单元中存在目标，再根据I(r,d)(K)中记录的数据单元坐标信息进行回溯，可得到目标的航迹，所述检测门限为人为设定的，I(r,d)(K)为第K帧中超过恒虚警门限的数据单元的阶段值函数。专利技术效果：本专利技术针对高频地波雷达的极化特性，将极化信息引入TBD检测算法，并结合预处理方法和方向加权手段进一步提高TBD方法在高频地波雷达中的检测和跟踪性能。在高斯背景下，本专利技术基于极化的TBD方法相对传统TBD方法在相同的检测概率下，信噪比有3dB的提升，在跟踪性能上有显著提升，并且处理速度更快实时性更好。在实测数据背景下，本专利技术基于极化的TBD方法相对传统TBD方法在相同的检测概率下，信噪比有4dB的提升。跟踪性能上，相同信噪比条件下，本专利技术相对于传统TBD方法跟踪效果明显提升。附图说明图1为高斯背景下航迹图；图2为高斯背景下检测性能图，图中Pd为检测概率；图3为实测数据中仿真目标航迹图；图4为实测数据中检测性能，图中Pd为检测概率；图5为剔除海杂波后检测背景图；图6为传统TBD方法检测图；图7为本专利技术TBD方法检测结果图；图8为本专利技术流程图；图9为方向加权示意图。具体实施方式具体实施方式一：如图8所示，一种基于极化信息的高频地波雷达TBD方法包括以下步骤：步骤一：对每一帧回波数据中海杂波进行剔除，得到可以处理的距离速度谱数据，所述距离速度谱数据包括K帧数据，10≤K≤30；步骤二：对步骤一中得到的第一帧数据进行恒虚警预检测处理，得到I(r,d)(1)和U1，I(r,d)(1)为第一帧中超过Vcfar的数据单元的阶段值函数，U1为目标在第二帧数据的转台转移区域，r为距离单元坐标，d为多普勒单元坐标；Vcfar为恒虚警门限，阶段值函数指的是数据单元的幅值；恒虚警门限的设置方法具体为：对第m个多普勒单元上的第n个距离单元，分别对前后参考窗内L个噪声距离单元进行平均处理，得到两个独立的噪声功率的估计值，记为和然后选取两个估计值中最大的那个值作为噪声功率的估计值，则可得到第一级低门限值其中α为尺度因子。步骤三：根据步骤二得到I(r,d)(2)和U2，I(r,d)(2)为第二帧中超过恒虚警门限的数据单元的阶段值函数，U2为目标在第三帧数据的状态转移区域；步骤四：根据步骤三得到I(r,d)(3)和U3，I(r,d)(3)为第三帧中超过恒虚警门限的数据单元的阶段值函数，U3为目标在第四帧数据的状态转移区域；步骤五：迭代执行步骤四K-3次直至得到I(r,d)(K)，若I(r,d)(K)超过检测门限，则判定该(r,d)数据单元中存在目标，再根据I(r,d)(K)中记录的数据单元坐标信息进行回溯，可得到目标的航迹，所述检测门限为人为设定的，I(r,d)(K)为第K帧中超过恒虚警门限的数据单元的阶段值函数；所述检测门限用VT表示，由公式给出，Pd是虚警概率，μk和σk分别为噪声累加K帧的概率密度函数的均值与方差，φ是高斯分布函数，n是n次方。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤二中得到I(r,d)(1)和U1的具体过程为：当k＝1时对第一帧数据的所有数据单元进行恒虚警预检测处理，将超过恒虚警门限的数据单元的阶段值函数记录为I(r,d)(1)，即：I(r,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于极化信息的高频地波雷达TBD方法，其特征在于，所述基于极化信息的高频地波雷达TBD方法包括以下步骤：步骤一：对每一帧回波数据中海杂波进行剔除，得到可以处理的距离速度谱数据，所述距离速度谱数据包括K帧数据，10≤K≤30；步骤二：对步骤一中得到的第一帧数据进行恒虚警预检测处理，得到I(r,d)(1)和U1，I(r,d)(1)为第一帧中超过Vcfar的数据单元的阶段值函数，所述U1为目标在第二帧数据的状态转移区域，r为距离单元坐标，d为多普勒单元坐标；Vcfar为恒虚警门限，阶段值函数指的是数据单元的幅值；步骤三：根据步骤二得到I(r,d)(2)和U2，I(r,d)(2)为第二帧中超过恒虚警门限的数据单元的阶段值函数，U2为目标在第三帧数据的状态转移区域；步骤四：根据步骤三得到I(r,d)(3)和U3，I(r,d)(3)为第三帧中超过恒虚警门限的数据单元的阶段值函数，U3为目标在第四帧数据的状态转移区域；步骤五：迭代执行步骤四K‑3次直至得到I(r,d)(K)，若I(r,d)(K)超过检测门限，则判定该(r,d)数据单元中存在目标，再根据I(r,d)(K)中记录的数据单元坐标信息进行回溯，可得到目标的航迹，所述检测门限为人为设定的，I(r,d)(K)为第K帧中超过恒虚警门限的数据单元的阶段值函数。...

【技术特征摘要】
1.一种基于极化信息的高频地波雷达TBD方法，其特征在于，所述基于极化信息的高频
地波雷达TBD方法包括以下步骤：
步骤一：对每一帧回波数据中海杂波进行剔除，得到可以处理的距离速度谱数据，所述
距离速度谱数据包括K帧数据，10≤K≤30；
步骤二：对步骤一中得到的第一帧数据进行恒虚警预检测处理，得到I(r,d)(1)和U1，
I(r,d)(1)为第一帧中超过Vcfar的数据单元的阶段值函数，所述U1为目标在第二帧数据的状
态转移区域，r为距离单元坐标，d为多普勒单元坐标；Vcfar为恒虚警门限，阶段值函数指的
是数据单元的幅值；
步骤三：根据步骤二得到I(r,d)(2)和U2，I(r,d)(2)为第二帧中超过恒虚警门限的数据单
元的阶段值函数，U2为目标在第三帧数据的状态转移区域；
步骤四：根据步骤三得到I(r,d)(3)和U3，I(r,...

【专利技术属性】
技术研发人员：李发宗，常维国，王鹤，毛兴鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23