一种匀加速运动目标RD平面检测前跟踪方法技术

本发明专利技术涉及一种匀加速运动目标RD平面检测前跟踪方法、计算机设备及计算机可读存储介质，该方法包括：获取雷达接收的RD回波数据，建立回波模型，确定演化方程；根据回波模型设置匹配滤波器的间隔和数量；对于每个匹配滤波器，根据演化方程预测目标位置，构造伪谱，基于伪谱积累实现RD平面多帧能量积累；根据预设的检测门限，判断是否有能量积累结果的峰值大于检测门限，如有则估计目标的距离、多普勒和CA目标参数；通过演化方程进行航迹回溯；输出航迹回溯结果。本发明专利技术能够实现在RD平面对匀加速运动的微弱目标进行有效地检测和参数估计，且检测概率高，估计误差小。

【技术实现步骤摘要】
一种匀加速运动目标RD平面检测前跟踪方法
本专利技术涉及空间目标跟踪
，尤其涉及一种匀加速运动目标RD平面检测前跟踪方法、计算机设备及计算机可读存储介质。
技术介绍
现代战争要求雷达在进行远程警戒、预警的任务时，具备运动目标的检测跟踪能力。近年来，隐身技术的发展使得目标的RCS(雷达反射截面积)极大地减小，目标反射回波强度大幅度减弱，雷达探测能力显著下降。同时，目标的运动速度大大提高，使雷达预警时间急剧缩减。另外，受到环境因素干扰，在强杂波环境中目标信杂比显著降低。因此，为避免防空网出现大面积空洞，给国家安全带来威胁，需要雷达具备更强的远距离微弱目标探测能力。传统的跟踪方法以门限检测后的数据作为输入，但是由于单帧的门限检测会丢弃原始观测中大量的信息，并且会丢弃低信噪比的目标检测信号，传统的跟踪方法的检测性能会严重下降。与传统的跟踪方法相比，检测前跟踪(Track-Before-Detect，TBD)技术在单帧内并不进行门限检测处理，而是将雷达观测到的原始回波数据信息存储起来，通过多帧数据联合处理，宣布检测结果并同时估计出目标航迹。由于TBD技术没有采用单帧门限检测，保留了目标所有的信息，并且TBD技术通过多帧回波数据的联合处理，利用目标和背景噪声帧间位置相关性差异，实现目标回波能量的有效积累和背景的抑制，因此，TBD技术具有目标检测性能高，航迹估计精度高，不需要改变雷达外部硬件结构等一系列的优点。现有的TBD方法对于机动目标往往存在模型失配问题，无法针对匀加速运动目标(即CA目标)直接处理距离-多普勒(Range-Doppler，RD)平面的数据，并实现CA目标的多帧能量积累和有效检测，并且，由于传统TBD方法能量积累方式的局限，使得多帧积累后目标的输出包络存在退化现象，目标包络的特性无法保持。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是解决现有技术无法对匀加速运动的微弱目标进行有效地检测和参数估计的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种匀加速运动目标RD平面检测前跟踪方法，包括如下步骤：S1、获取雷达接收的RD回波数据，建立目标在RD平面的回波模型，确定匀加速运动目标的距离和多普勒状态的演化方程，以及需匹配的第一至第三CA目标参数的取值范围；S2、根据回波模型设置一组匹配滤波器的间隔和数量；S3、对于每个匹配滤波器，根据演化方程预测目标位置，构造伪谱，基于伪谱积累实现RD平面多帧能量积累；S4、根据预设的检测门限，判断是否有能量积累结果的峰值大于检测门限，如没有则判断没有检测到目标，如有则选择最大峰值，记录最大峰值所在的匹配滤波器及分辨单元位置，估计目标的距离、多普勒和第一至第三CA目标参数；S5、根据估计出的目标的距离、多普勒和第一至第三CA目标参数，通过演化方程进行航迹回溯；S6、输出航迹回溯结果。优选地，所述步骤S1中，建立目标在RD平面的回波模型时，雷达接收的RD回波数据zk为一个Nr×Nd的离散的RD平面，Nr和Nd分别表示距离和多普勒方向上的分辨单元数量，k表示帧数，k＝1,2,...,K，K表示一个批处理中总的积累帧数；目标在RD平面的回波模型为：其中，(nr,nd)表示离散的分辨单元，nr＝1,2,...,Nr，nd＝1,2,...,Nd，(pr,k,pd,k)表示目标在第k帧的RD状态，0＜pr,k≤Rmax表示雷达的距离观测范围，vdmin≤pd,k≤vdmax表示雷达的多普勒观测范围，Rmax表示雷达可观测到的最大距离，vdmin和vdmax分别表示雷达可观测到的最小多普勒和最大多普勒，I表示批处理中恒定的回波峰值幅度，εr和εd分别表示回波在距离和多普勒方向上的扩展程度，Δr和Δd分别表示雷达的距离和多普勒分辨。优选地，所述步骤S1中，确定匀加速运动目标的距离和多普勒状态的演化方程时，设目标服从笛卡尔坐标系的CA运动，则目标的距离和多普勒状态的演化方程分别表示为：其中，初始的第一CA目标参数第二CA目标参数第三CA目标参数满足：第k帧的第一CA目标参数第二CA目标参数第三CA目标参数满足：(pr,0,pd,0)表示目标的初始RD状态，T表示连续两帧之间的时间间隔，(px,k,py,k)表示目标第k帧的笛卡尔位置，(vx,k,vy,k)表示目标第k帧的笛卡尔速度，(ax,k,ay,k)表示目标第k帧的笛卡尔加速度，(px,0,py,0)表示目标的初始笛卡尔位置，(vx,0,vy,0)表示目标的初始笛卡尔速度，(ax,0,ay,0)表示目标的初始笛卡尔加速度；需匹配的初始的第一CA目标参数第二CA目标参数第三CA目标参数的取值范围分别为：其中，(vmin,vmax)和(amin,amax)分别表示目标速度和加速度绝对值的范围。优选地，所述步骤S2中，根据回波模型设置匹配滤波器的间隔时，归一化的CA目标参数域的包络表达式为：其中，表示批处理后的目标输出包络，fIS(nr,nd,ir,id,pr，k,pd，k)表示以分辨单元本身为中心的初始伪谱，表示系统传递函数，δ(·)表示狄拉克δ函数，*表示卷积算子，ir和id分别表示在距离和多普勒方向上所占分辨单元到回波峰值的距离，和分别表示在距离和多普勒方向上所占分辨单元到回波峰值的距离集合，kt表示系统传递函数中的帧数，表示一个批处理中系统传递函数总的帧数，表示匹配滤波器存在匹配误差时的预测RD状态，分别表示第一至第三CA目标参数的匹配误差；根据CA目标参数域的包络，确定初始的第一CA目标参数第二CA目标参数第三CA目标参数的3dB分辨，表达式为：其中，为的逆函数；将和作为相邻匹配滤波器之间的间隔来设置一组匹配滤波器。优选地，所述步骤S3中，对于每个匹配滤波器，根据演化方程预测目标位置时，设第k帧的分辨单元(ncr,ncd)包含目标能量，对应的距离和多普勒状态分别表示为：pcr＝ncrΔrpcd＝(ncd-1)Δd+vdminncr＝1,2,...,Nr,ncd＝1,2,...,Nd；设一个匹配滤波器对应的初始的第一至第三CA目标参数为和则相应的第k帧的第一至第三CA目标参数为：将第k帧的距离和多普勒状态预测到最后一帧，得：其中，ppr和ppd分别表示预测的距离和多普勒状态，进而得到预测的目标在RD平面中对应的位置分别为：npr＝ppr/Δrnpd＝(ppd-vdmin)/Δd+1其中，1≤npr≤Nr,1≤npd≤Nd。优选地，所述步骤S3中，对于每个匹配滤波器，构造伪谱时，以预测到的目标的位置(npr,npd)为中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种匀加速运动目标RD平面检测前跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、获取雷达接收的RD回波数据，建立目标在RD平面的回波模型，确定匀加速运动目标的距离和多普勒状态的演化方程，以及需匹配的第一至第三CA目标参数的取值范围；/nS2、根据回波模型设置一组匹配滤波器的间隔和数量；/nS3、对于每个匹配滤波器，根据演化方程预测目标位置，构造伪谱，基于伪谱积累实现RD平面多帧能量积累；/nS4、根据预设的检测门限，判断是否有能量积累结果的峰值大于检测门限，如没有则判断没有检测到目标，如有则选择最大峰值，记录最大峰值所在的匹配滤波器及分辨单元位置，估计目标的距离、多普勒和第一至第三CA目标参数；/nS5、根据估计出的目标的距离、多普勒和第一至第三CA目标参数，通过演化方程进行航迹回溯；/nS6、输出航迹回溯结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种匀加速运动目标RD平面检测前跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取雷达接收的RD回波数据，建立目标在RD平面的回波模型，确定匀加速运动目标的距离和多普勒状态的演化方程，以及需匹配的第一至第三CA目标参数的取值范围；
S2、根据回波模型设置一组匹配滤波器的间隔和数量；
S3、对于每个匹配滤波器，根据演化方程预测目标位置，构造伪谱，基于伪谱积累实现RD平面多帧能量积累；
S4、根据预设的检测门限，判断是否有能量积累结果的峰值大于检测门限，如没有则判断没有检测到目标，如有则选择最大峰值，记录最大峰值所在的匹配滤波器及分辨单元位置，估计目标的距离、多普勒和第一至第三CA目标参数；
S5、根据估计出的目标的距离、多普勒和第一至第三CA目标参数，通过演化方程进行航迹回溯；
S6、输出航迹回溯结果。


2.根据权利要求1所述的匀加速运动目标RD平面检测前跟踪方法，其特征在于，
所述步骤S1中，建立目标在RD平面的回波模型时，雷达接收的RD回波数据zk为一个Nr×Nd的离散的RD平面，Nr和Nd分别表示距离和多普勒方向上的分辨单元数量，k表示帧数，k＝1,2,...,K，K表示一个批处理中总的积累帧数；
目标在RD平面的回波模型为：



其中，(nr,nd)表示离散的分辨单元，nr＝1,2,...,Nr，nd＝1,2,...,Nd，(pr,k,pd,k)表示目标在第k帧的RD状态，0＜pr,k≤Rmax表示雷达的距离观测范围，vdmin≤pd,k≤vdmax表示雷达的多普勒观测范围，Rmax表示雷达可观测到的最大距离，vdmin和vdmax分别表示雷达可观测到的最小多普勒和最大多普勒，I表示批处理中恒定的回波峰值幅度，εr和εd分别表示回波在距离和多普勒方向上的扩展程度，Δr和Δd分别表示雷达的距离和多普勒分辨。


3.根据权利要求2所述的匀加速运动目标RD平面检测前跟踪方法，其特征在于，
所述步骤S1中，确定匀加速运动目标的距离和多普勒状态的演化方程时，设目标服从笛卡尔坐标系的CA运动，则目标的距离和多普勒状态的演化方程分别表示为：






其中，初始的第一CA目标参数第二CA目标参数第三CA目标参数满足：



第k帧的第一CA目标参数第二CA目标参数第三CA目标参数满足：



(pr,0,pd,0)表示目标的初始RD状态，T表示连续两帧之间的时间间隔，(px,k,py,k)表示目标第k帧的笛卡尔位置，(vx,k,vy,k)表示目标第k帧的笛卡尔速度，(ax,k,ay,k)表示目标第k帧的笛卡尔加速度，(px,0,py,0)表示目标的初始笛卡尔位置，(vx,0,vy,0)表示目标的初始笛卡尔速度，(ax,0,ay,0)表示目标的初始笛卡尔加速度；
需匹配的初始的第一CA目标参数第二CA目标参数第三CA目标参数的取值范围分别为：









其中，(vmin,vmax)和(amin,amax)分别表示目标速度和加速度绝对值的范围。


4.根据权利要求3所述的匀加速运动目标RD平面检测前跟踪方...

【专利技术属性】
技术研发人员：周共健，王亮亮，
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