一种基于Hough和粒子滤波的PD雷达扩展微弱目标检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Hough和粒子滤波的PD雷达扩展微弱目标检测方法，属于雷达微弱目标检测跟踪领域。通过Hough变换对PD雷达模糊量测进行区域积累；检测确定目标模糊航迹的范围，获得量测先验信息；进行粒子的距离匹配处理，递推预测粒子状态；通过散射粒子建立量测似然模型，递推求取粒子权值，从而实现对扩展目标模糊量测的非相参积累；最后检测目标真实航迹，并给出扩展参数的估计。本发明专利技术充分结合了Hough变换和粒子滤波的优点，利用目标量测的时空相关信息提高系统的检测性能和跟踪精度，并估计目标扩展参数，为解决该问题提供了一种新的思路，具有较强的实用性和推广应用价值。

Extended dim target detection method for PD radar based on Hough and particle filter

The invention discloses an extended weak target detection method of PD radar based on Hough and particle filter, belonging to the field of radar weak target detection and tracking. Through the Hough transform of PD radar fuzzy measure for regional accumulation; to determine the range of target fuzzy trajectory detection, obtained a priori information; matching particle distance, recursive prediction of particle state by scattering particles; establish measurement likelihood model, the recursive particle weights, so as to realize the non coherent extension of fuzzy goal the measurement of accumulation; finally the real track target detection, and estimate the expansion parameter. The invention combines the advantages of Hough transform and particle filtering, temporal and spatial correlation information using target measurement system to improve the detection performance and tracking accuracy, and estimate the target expansion parameters, provides a new way to solve this problem, has strong practicability and wide application value.

【技术实现步骤摘要】
一种基于Hough和粒子滤波的PD雷达扩展微弱目标检测方法
本专利技术属于雷达微弱目标检测前跟踪领域，适用于解决PD雷达测距模糊条件下对扩展微弱目标的积累检测问题。
技术介绍
PD(脉冲多普勒)雷达对扩展微弱目标的检测跟踪是一个难点问题，对于打赢未来高科技战争具有决定性意义。通过采用脉冲压缩技术，雷达分辨率得到很大提高，空间上的一个目标被细分成多个散射点，导致回波能量分布在多个距离单元中，这种目标被称为扩展目标。常规的目标检测方法通常在每个距离分辨单元上对信号进行简单的门限处理，当目标为扩展目标时若仍采用传统方法，就会漏掉许多特征信息，导致检测漏报和跟踪发散。另一方面，PD雷达通常采用高、中脉冲重复频率工作模式，这能有效消除地杂波的干扰，提高目标测速精度，但也导致了雷达对目标距离的量测模糊。由于雷达脉冲重复周期很小，目标的回波时延通常大于雷达脉冲重复周期，这种情况下，雷达无法准确测量目标距离，会出现测距模糊问题，使得该问题更为复杂。在PD雷达微弱目标检测跟踪过程中，雷达量测的模糊性和目标回波的扩展性导致量测值与目标状态之间具有强非线性关系，这为雷达探测性能带来了新挑战；采用传统的处理手段难以及时检测和正确跟踪PD雷达扩展微弱目标。因此，有必要针对PD雷达信号的特点，探索和研究新的目标检测跟踪方法，从而充分利用目标的所有信息，提高雷达探测跟踪性能。对于PD雷达扩展微弱目标的检测跟踪技术研究，目前鲜有报道。在文献[Multiplemodelparticlefiltertrack-before-detectforrangeambiguousradar[J].ChineseJournalofAeronautics,2013,26(6):1477-1487]中，作者采用粒子滤波方法对PD雷达微弱点目标进行处理，提出了一种基于MMPF的机载PD雷达微弱目标检测前跟踪方法，其基本步骤如下：1)通过初始建议分布和初始模型概率，在整个雷达模糊区间内进行粒子采样；2)假设目标在一个采样间隔内不会跨过一个最大不模糊距离，建立一个三阶脉冲间隔数增量模型(MPM)；3)通过k-1时刻的MPM增量模型转移概率矩阵，预测k时刻MPM增量变量模型；4)计算粒子权值，并进行重采样；5)进行门限检测，得到目标真实航迹。上述方法通过建立MPM增量模型，采用粒子滤波实现沿着目标航迹的非相参积累，以改善目标信噪比，克服了PD雷达模糊量测数据无法有效积累的问题，但是其存在如下缺点：1)方法主要针对点目标模型，没有考虑扩展目标情况，从而制约了其检测性能；2)粒子的初始采样范围是整个雷达模糊区间，没有利用目标量测的先验信息，因此采样粒子的利用率很低，计算复杂度太高；3)直接对雷达模糊量测进行采样，所以不能利用目标运动模型预测粒子状态，而需要引入MPM增量模型来预测状态，这增加了算法的复杂度；4)在建立MPM增量模型时，需要首先确定一个正确的脉冲间隔数初始值，但该初值在实际应用往往难以直接得到，限制了其实用性。
技术实现思路
1.要解决的技术问题本专利技术的目的是提出一种基于Hough和粒子滤波的PD雷达扩展微弱目标检测方法，从而解决PD雷达对扩展微弱目标的检测跟踪问题。2.技术方案本专利技术提供了一种基于Hough和粒子滤波的PD雷达扩展微弱目标检测方法，采用技术方案步骤如下：步骤1：初始化系统参数：Rmax为雷达最大作用距离；M为PD雷达脉冲重复频率的种类；m＝1,2,…,M，为脉冲重复频率的序号；Fm为第m个脉冲重复频率；Rum为脉冲重复频率Fm对应的最大不模糊距离；Φm为Fm对应的模糊区间个数；K为处理数据的扫描时刻总数；k＝1,2,…,K，为数据的扫描时刻序号；Δr为雷达距离分辨率；为雷达方位角度分辨率；Tk为k时刻量测的总数目；t＝1,2,…,Tk，为k时刻量测的序号；为k时刻第t个量测的模糊距离；为k时刻第t个量测的方位；At(k)为k时刻第t个量测的回波幅度；为k时刻第t个量测单元；N为采样粒子数量；n＝1,2,…,N，为粒子的序号；Vmax为目标的最大速度值；Vmin为目标的最小速度值；Lmax为目标的最大扩展参数值；Lmin为目标的最小扩展参数值；步骤2：Hough变换处理根据雷达分辨率及扩展目标参数，将Hough变换参数的离散间隔增大，建立Hough参数积累空间(ρ,θ)，ρ和θ分别为空间中的距离和角度参数；对于直到K时刻的雷达量测序列Z，将每一个距离-方位-幅度单元的数据通过Hough变换映射到参数区间，完成时间维度上不同时刻之间的非相参积累，以及空间维度上多个分辨单元能量的积累，得到参数积累矩阵H(ρ,θ)；并按顺序记录落入每一积累单元的量测数据，得到目标存储阵列M(ρ,θ)；具体措施为：(1)确定参数间隔：根据雷达距离分辨率Δr和方位角度分辨率以及目标扩展参数的最大可能值Lmax，确定参数ρ,θ的间隔Δρ和Δθ：其中，Int()表示取整运算；(2)建立参数积累空间：将参数空间离散化，形成参数空间(ρ,θ)，第(i,j)个参数单元的中心点为：ρi＝(i-1/2)Δρ,i＝1,2,…,Nρ，θj＝(j-1/2)Δθ,j＝1,2,…,Nθ，其中，i和j分别为参数ρ和θ的序号，ρ的参数单元数目Nρ和θ的参数单元数目Nθ分别为：Nρ＝Int(Rmax/Δρ)，Nθ＝Int(π/Δθ)，π为180°角对应的弧度数；(3)建立参数积累矩阵和目标存储阵列根据步骤S22定义的参数空间(ρ,θ)，建立参数积累矩阵H(ρ,θ)，置每一单元为0；根据步骤S22定义的参数空间(ρ,θ)，建立目标存储阵列M(ρ,θ)，置每一单元为空；(4)量测空间映射到参数空间对于量测序列Z中每一个距离-方位-幅度量测采用如下Hough变换方程映射到参数空间：将满足映射关系的量测幅度值积累到积累矩阵单元H(ρ,θ)中：H(ρ,θ)＝H(ρ,θ)+At(k)，将满足映射关系的量测数据zt(k)存储在相应的存储阵列单元M(ρ,θ)中:zt(k)——→M(ρ,θ)；步骤3：模糊区域检测根据第一检测门限G1，对参数积累矩阵H(ρ,θ)进行门限检测，得到检测单元其中，表示满足H(ρ,θ)≥G1条件的单元的距离参数和角度参数；在目标存储阵列M(ρ,θ)中提取参数单元对应的量测数据序列这样就实现了对目标模糊区域的初步检测；步骤4：粒子距离匹配处理根据k-1时刻估计的粒子存在属性状态和模糊区间数以作为先验信息，进行粒子的距离匹配处理，预测k时刻粒子的存在属性状态和模糊区间数构建粒子特征序列其中n表示粒子的序号；具体措施为：(1)对于步骤3模糊区域检测得到的数据序列根据时刻顺序进行拆分其中表示k时刻的量测矩阵：(2)定义一个直角坐标系(x,y)，x和y分别表示坐标系的两个坐标轴，坐标原点与雷达位置重合，x轴方向与雷达0°方位线重合，y轴与雷达90°方位线重合；(3)在k＝1时刻，根据目标初始存在概率μ0和存在属性转移矩阵ψ，预测第n个粒子的存在属性对于存在属性的粒子，其状态和模糊区间数分别置为空；对于存在属性的粒子，从中进行随机采样得到粒子的初始状态向量表示k时刻第n个粒子在极坐标系下的初始状态向量；粒子的模糊区间数初始值为U(1,Φm)表示在区间[1，Φm]中随机采样；将映射到第个模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Hough和粒子滤波的PD雷达扩展微弱目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：初始化系统参数：R

【技术特征摘要】
1.一种基于Hough和粒子滤波的PD雷达扩展微弱目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：初始化系统参数：Rmax为雷达最大作用距离；M为PD雷达脉冲重复频率的种类；m＝1,2,…,M，为脉冲重复频率的序号；Fm为第m个脉冲重复频率；Rum为脉冲重复频率Fm对应的最大不模糊距离；Φm为Fm对应的模糊区间个数；K为处理数据的扫描时刻总数；k＝1,2,…,K，为数据的扫描时刻序号；Δr为雷达距离分辨率；为雷达方位角度分辨率；Tk为k时刻量测的总数目；t＝1,2,…,Tk，为k时刻量测的序号；为k时刻第t个量测的模糊距离；为k时刻第t个量测的方位；At(k)为k时刻第t个量测的回波幅度；为k时刻第t个量测单元；N为采样粒子数量；n＝1,2,…,N，为粒子的序号；Vmax为目标的最大速度值；Vmin为目标的最小速度值；Lmax为目标的最大扩展参数值；Lmin为目标的最小扩展参数值；步骤2：Hough变换处理根据雷达分辨率及扩展目标参数，将Hough变换参数的离散间隔增大，建立Hough参数积累空间(ρ,θ)，ρ和θ分别为空间中的距离和角度参数；对于直到K时刻的雷达量测序列Z，将每一个距离-方位-幅度单元的数据通过Hough变换映射到参数区间，完成时间维度上不同时刻之间的非相参积累，以及空间维度上多个分辨单元能量的积累，得到参数积累矩阵H(ρ,θ)；并按顺序记录落入每一积累单元的量测数据，得到目标存储阵列M(ρ,θ)；步骤3：模糊区域检测根据第一检测门限G1，对参数积累矩阵H(ρ,θ)进行门限检测，得到检测单元其中，表示满足H(ρ,θ)≥G1条件的单元的距离参数和角度参数；在目标存储阵列M(ρ,θ)中提取参数单元对应的量测数据序列这样就实现了对目标模糊区域的初步检测；步骤4：粒子距离匹配处理根据k-1时刻估计的粒子存在属性状态和模糊区间数以作为先验信息，进行粒子的距离匹配处理，预测k时刻粒子的存在属性状态和模糊区间数构建粒子特征序列其中n表示粒子的序号；步骤5：计算粒子权值在粒子的扩展长度内均匀生成Q个散射粒子，其中第q个散射粒子的状态为通过散射粒子模拟扩展目标的空间分布函数；基于空间分布函数计算粒子的量测似然函数，并进行归一化求取粒子权值通过对粒子特征序列进行扩维，得到新的粒子特征序列步骤6：粒子重采样根据权值数值大小分别对每个粒子的特征序列进行强制重采样，以减少小权值粒子的数目，提高有效粒子数目，从而得到新的特征序列步骤7：目标检测根据特征序列求取目标存在概率设置第二检测门限G2进行目标检测判决，检测得到目标真实航迹和相应的模糊区间数，并给出扩展参数的估计。2.根据权利要求1所述的一种基于Hough和粒子滤波的PD雷达扩展微弱目标检测方法，其特征在于步骤2所述的Hough变换处理方法：S21：确定参数间隔：根据雷达距离分辨率Δr和方位角度分辨率以及目标扩展参数的最大可能值Lmax，确定参数ρ,θ的间隔Δρ和Δθ：Δρ＝Int(Lmax/Δr)×Δr，其中，Int()表示取整运算；S22：建立参数积累空间：将参数空间离散化，形成参数空间(ρ,θ)，第(i,j)个参数单元的中心点为：ρi＝(i-1/2)Δρ,i＝1,2,…,Nρ，θj＝(j-1/2)Δθ,j＝1,2,…,Nθ，其中，i和j分别为参数ρ和θ的序号，ρ的参数单元数目Nρ和θ的参数单元数目Nθ分别为：Nρ＝Int(Rmax/Δρ)，Nθ＝Int(π/Δθ),π为180°角对应的弧度数；S23：建立参数积累矩阵和目标存储阵列根据步骤S22定义的参数空间(ρ,θ)，建立参数积累矩阵H(ρ,θ)，置每一单元为0；根据步骤S22定义的参数空间(ρ,θ)，建立目标存储阵列M(ρ,θ)，置每一单元为空；S24：量测空间映射到参数空间对于量测序列Z中每一个距离-方位-幅度量测采用如下Hough变换方程映射到参数空间：将满足映射关系的量测幅度值积累到积累矩阵单元H(ρ,θ)中：H(ρ,θ)＝H(ρ,θ)+At(k)，将满足映射关系的量测数据zt(k)存储在相应的存储阵列单元M(ρ,θ)中:zt(k)→M(ρ,θ)。3.根据权利要求1所述的一种基于Hough和粒子滤波的PD雷达扩展微弱目标检测方法，其特征在于步骤4所述的粒子距离匹配处理方法：S31：对于步骤3模糊区域检测得到的数据序列根据时刻顺序进行拆分其中表示k时刻的量测矩阵：S32：定义一个直角坐标系(x,y)，x和y分别表示坐标系的两个坐标轴，坐标原点与雷达位置重合，x轴方向与雷达0°方位线重合，y轴与雷达90°方位线重合；S33：在k＝1时刻，根据目标初始存在概率μ0和存在...

【专利技术属性】
技术研发人员：于洪波，王国宏，吴巍，谭顺成，王娜，孙殿星，吉喆，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空工程学院，
类型：发明
国别省市：山东,37