运动补偿搜索的动平台雷达的动态规划检测前跟踪方法技术

本发明专利技术公开一种运动补偿搜索的动平台雷达的动态规划检测前跟踪方法，应用于雷达目标检测领域，为解决运动平台下由量测网格失配引起的离散化状态空间确定困难的问题；本发明专利技术首先采用一种时变式量测网格化方法离散化整个状态空间，接着利用坐标系变化的方法计算状态单元格在绝对大地坐标系下的位置，然后根据搜索速度回推上一帧的可能位置，最后根据运动补偿计算出搜索的有效状态空间范围，以完成动平台下的动态规划检测前跟踪算法中的值函数积累过程；在计算量低、跟踪精度高的情况下本发明专利技术的方案使得动态规划检测前跟踪算法可以适用于动平台雷达，并大大提高了雷达对微弱目标的检测跟踪性能。

【技术实现步骤摘要】
运动补偿搜索的动平台雷达的动态规划检测前跟踪方法
本专利技术属于雷达目标检测领域，特别涉及一种动平台雷达对微弱目标的多帧检测前跟踪技术。
技术介绍
机载动平台雷达相较于地基雷达，因其平台高度及机动性的优势，在现代化军事战争中有许多优点。一方面，雷达的抬高减少了地球曲率和地形遮挡的影响，使得雷达的监视区域更广；另一方面，将雷达置于可以灵活运动的飞机上，可以提高雷达在作战中的存活率。如今，预警机已成为军队信息化的重要标志，是现代战争整个作战体系的神经中枢，有着广阔的发展前景。当前雷达对目标的探测技术面临着严峻的挑战。如反射截面小的隐身目标，径向距离较大的远区目标，以及实际场景中被城市等复杂背景掩盖的目标等，这些微弱目标的信噪比很低，难以检测。在现役雷达中，主要采用先检测后跟踪的目标探测技术。该类算法需要先对单帧信号做门限检测处理，因此在低信噪比、信杂比的情况下，算法的检测跟踪性能将严重下降。作为一种多帧检测前跟踪算法的实现方法，动态规划的检测前跟踪算法(DP-TBD)能有效的检测和跟踪弱目标。DP-TBD算法是对穷尽搜索的等效实现，通过遍历所有可能的目标航迹来搜索目标状态序列，故依赖于一个有限大小的离散化的状态空间。而状态空间的选取对算法的计算量以及跟踪精度有着直接的影响。在理论已经较为成熟的基地DP-TBD算法中，利用其平台固定、每个扫描周期的监视区域相同的特性，容易按照监视区域来确定状态空间的大小，依据量测离散化标准来离散化状态空间后也可以得到量测和状态单元格之间理想的“一一映射”关系。而对于机载平台，其平台存在位移、旋转，故在每个扫描周期内的量测所在坐标系均不相同，给状态空间大小的限定以及离散化标准的选取带来了困难。对于机载雷达跟踪算法的研究，在文献“Designofdecoupledtrackingfilterwithplatformmotioncompensationforairbornesurveillanceradar,in2016IEEEAerospaceConference.”中，作者针对机载雷达的运动补偿算法往往会将俯仰维度上更大的误差耦合进其余维数据中的问题，设计了一种去耦合的跟踪器，以增强算法跟踪精度。然而该文献使用的传统算法并不能很好的检测出微弱目标。在文献“一种机载雷达GMTI模式动态规划检测前跟踪方法，电子世界，2019(02):32-33.”中，作者利用已有的杂波强度等信息,对杂波区域分区处理，提高了机载雷达在强杂波环境下的检测概率和跟踪精度。但该文献并未考虑载机移动给状态空间确定带来的影响。现有技术虽然可以使得DP-TBD在机载平台上运用，但其算法计算量和跟踪精度有待提高。一方面，因其用同一标准对整个状态空间进行离散化，而不同时刻的量测空域有着不同的离散化标准，故点迹的位置因二次离散化不再精确，且可能引起不同量测单元格被映射在统一状态单元格中，从而造成量测信息利用不充分的问题；另一方面，算法选取的状态空间虽然在覆盖所有量测空域的同时尽可能缩小了空域大小，但依然覆盖了一些没有量测数据的空域，在该空域的值函数更新操作可以视为多余的计算。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种运动补偿搜索的动平台雷达的动态规划检测前跟踪方法，其计算量更小、跟踪精度更高的、可以实现状态和量测之间的“一一映射”。本专利技术采用的技术方案为：运动补偿搜索的动平台雷达的动态规划检测前跟踪方法，采用量测网格时变式离散化方法对状态空间进行离散化处理，得到状态和量测的“一一映射”关系；基于得到的状态和量测的“一一映射”关系，采用运动补偿搜索，对动态规划值函数进行积累，得到最终的航迹结果；包括以下步骤：1、采用量测网格时变式离散化方法对状态空间进行离散化处理，得到状态和量测的“一一映射”关系；具体为：以当前帧载机在绝对大地坐标系下的位置为原点，零方位角方向和量测空域一致，以雷达分辨率为离散化精度，对状态空间进行离散化处理。2、采用运动补偿搜索，对动态规划值函数进行积累；包括以下步骤：A1、初始化变量i＝k，其中，k表示当前滑窗中的第一帧，i表示当前滑窗中帧的序号；对当前滑窗中第一帧值函数进行初始化；A2、若i＝k，初始化积累值函数；如果i＞k，则对当前帧的值函数进行更新；所述更新的表达式为：其中，τ(xi)表示通过目标运动模型约束得到的目标状态在上一帧中的有效转移状态范围；Zi(xi)表示状态向量xi所在位置对应的映射量测结果；Ψ(xi)用来存储最大值函数的转移过程，用于检测后回溯航迹。A3、利用第k+1帧的阵面夹角，将该帧天线坐标系下的球坐标形式量测数据转换至机身直角坐标系下；A4、利用第k+1帧的载机姿态角将机身坐标系数据转换至绝对大地坐标下；在绝对大地坐标系下，利用搜索速度组合预测该状态单元格在第k帧的位置；A5、根据第k+1帧的载机位置与第k帧的载机位置，补偿载机的位移；A6、根据第k帧的姿态转角，补偿载机的旋转；将步骤A4中预测的状态单元格在第k帧的位置转换至机身直角坐标系下；A7、利用第k帧的阵面夹角将坐标系转换至天线坐标系下，计算出步骤A4中预测的状态单元格在第k帧的位置在第k帧所在的量测单元格，即得到搜索的状态单元格；A8、以步骤A7得到的状态单元格为中心确定有效状态转移范围；A9、从有效状态转移范围中遍历出最大的值函数，和第k+1帧的状态单元格内量测值相加，得到第k+1帧单元格的值函数积累；A10、令i＝i+1，如果i≤k+K-1，则返回步骤A2，直至完成当前滑窗中所有帧的值函数积累；其中K表示滑窗长度。3、得到最终的航迹结果，其处理过程为：B1、对当前滑窗中最后一帧的值函数进行门限检测；B2、若不为空，则对航迹进行回溯，得到该滑窗对应的短航迹；否则表示未跟踪出航迹。还包括：将各滑窗的短航迹转换至绝对大地坐标系。B3、对转换至绝对大地坐标系的各滑窗的短航迹进行航迹融合操作，得到长航迹跟踪结果。本专利技术的有益效果：本专利技术的方法，通过采用时变式量测网格化的离散化方法，可以实现状态和量测之间的“一一映射”关系，保证了所有量测信息不丢失，且避免了因二次离散化带来的点迹位置改变以保留每个点迹的精确位置；通过在搜索过程中补偿载机平台的运动，使得平台移动的问题得到解决，同时基于该搜索方法，本专利技术提出了单帧量测覆盖的状态空间选取方法，使得迭代运算中的值函数更新平面最小化，以减少计算量。综上所述，本专利技术提供的方法相较于现有的方法，确保了所有的量测信息得到利用并保留了量测点迹的原始位置，同时大大减少了计算负担，使得DP-TBD算法可以更好的适用于机载动平台雷达，增强了机载预警雷达对复杂背景下微弱目标的检测和跟踪性能。附图说明图1为本专利技术的方案流程图；图2为本专利技术实施例提供的运动补偿搜索示意图；图3为本专利技术实施例提供的运动补偿搜索过程中的坐标系转换示意图；图4为本专利技术实施例提供的第一次滑窗中的值函数积累过程；图5为本专利技术实施例提供的最终跟踪结果和真实航迹对比示意图；图6为本专利技术实施例提供的每次滑窗内的跟踪均方根误差与现有方法对比示意图；图7为本专利技术实施例提供的本专利技术方法和现有方法的发现概率对比图。具体实施方式为了方便描述本专利技术的内容，首先对以下术语进行解释：绝对大地坐标系：原点、坐标轴是绝对不变的，不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.运动补偿搜索的动平台雷达的动态规划检测前跟踪方法，其特征在于，采用量测网格时变式离散化方法对状态空间进行离散化处理，得到状态和量测的“一一映射”关系；基于得到的状态和量测的“一一映射”关系，采用运动补偿搜索，对动态规划值函数进行积累，得到最终的航迹结果。

【技术特征摘要】
1.运动补偿搜索的动平台雷达的动态规划检测前跟踪方法，其特征在于，采用量测网格时变式离散化方法对状态空间进行离散化处理，得到状态和量测的“一一映射”关系；基于得到的状态和量测的“一一映射”关系，采用运动补偿搜索，对动态规划值函数进行积累，得到最终的航迹结果。2.根据权利要求1所述的运动补偿搜索的动平台雷达的动态规划检测前跟踪方法，其特征在于，采用量测网格时变式离散化方法对状态空间进行离散化处理，得到状态和量测的“一一映射”关系；具体为：以当前帧载机在绝对大地坐标系下的位置为原点，零方位角方向和量测空域一致，以雷达分辨率为离散化精度，对状态空间进行离散化处理。3.根据权利要求2所述的运动补偿搜索的动平台雷达的动态规划检测前跟踪方法，其特征在于，采用量测网格时变式离散化方法对状态空间进行离散化处理之前，还包括：读取从第k帧开始的连续M帧数据，所述M表示总的观测帧数。4.根据权利要求3所述的运动补偿搜索的动平台雷达的动态规划检测前跟踪方法，其特征在于，采用运动补偿搜索，对动态规划值函数进行积累；包括以下步骤：A1、初始化变量i＝k，其中，k表示当前滑窗中的第一帧，i表示当前滑窗中帧的序号；对当前滑窗中第一帧值函数进行初始化；A2、若i＝k，初始化积累值函数；如果i＞k，则对当前帧的值函数进行更新；A3、利用第k+1帧的阵面夹角，将该帧天线坐标系下的球坐标形式量测数据转换至机身直角坐标系下；A4、利用第k+1帧的载机姿态角将机身坐标系数据转换至绝对大地坐标下；在绝对大地坐标系下，利用搜索速度组合预测该状态单元格在第k帧的位置；A5、根据第k+1帧的载机位置与第k帧的载机位置，补偿载机的位移；A6、根据第k帧的姿态转角，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓波，库飞龙，徐龙潇，付玲枝，易伟，李武军，孔令讲，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51