[发明专利]多项式Hough变换的高超声速目标TBD检测方法

说明书

技术领域

本发明隶属于雷达信号处理与数据处理领域，适用于解决高超声速隐身机动目标的雷达帧间信号非相参积累问题。

背景技术

临近空间高超声速飞行器是一种新概念武器，它具有速度快、距离远、隐身性强等特点，能在2小时内攻击全球任一目标，给雷达探测跟踪带来极大挑战。

信号长时间积累是探测隐身目标的有效方法，信号积累可分为雷达在一个扫描周期内波束照射期间的帧内积累和雷达扫描周期之间的帧间积累，为了最大程度地提高微弱目标的信噪比，可以在帧内积累的基础上再进行帧间的积累。检测前跟踪(Track Before Detect,TBD)技术是一种可实现雷达帧间积累的技术。基于Hough变换的TBD是一种典型的检测前跟踪方法，它的基本原理是，利用Hough变换将量测空间直线能量积累到参数空间的一个点，在参数空间检测目标。传统Hough变换TBD大多在x-y直角坐标系下进行变换，先将各个雷达扫描帧的量测点叠加到一个雷达帧“图片”里，将x-y坐标系下的“图片”上的量测点分别进行Hough变换，每一个点对应参数空间一条直线，“图片”中同一直线上会在参数空间相交于一点，从而实现能量积累。传统Hough变化方法本质是检测图片上的直线，对于雷达测量误差较小时，目标运动处于一条直线，其检测性能较好，但临近空间高超声速目标的距离非常远，雷达角度误差引起的位置误差较大，使得目标量测的轨迹连线呈一条“锯齿形”的折线，在噪声或杂波点比较密集时，利用传统Hough变换方法进行检测时检测性能将会降低，限制了可检测的最低信噪比。

考虑到雷达距离误差与目标远近无关，可以考虑利用多项式对目标距离上的运动建模；同时考虑到目标距离远，短时间内方位角变化范围比较小，综合这两点，可以利用借用Hough变换的思想，以第一帧雷达每个量测点为起点，在方位上利用波门进行关联，在距离上利用多项式Hough变换来进行能量积累，并在参数空间完成信号检测。

发明内容

针对临近空间高超声速机动目标雷达扫描周期间的信号积累检测问题，提供了一种多项式Hough变换的高超声速目标TBD检测方法，用以速度、加速度为参数的多项式来搜索匹配目标径向维的运动，用方位波门在方位上进行关联，从而将目标轨迹上的能量映射到多项式Hough变换的参数空间，通过参数空间的能量最大值与恒虚警门限比较来实现检测。本发明解决所述技术问题，采用技术方案步骤如下：

1.多项式Hough变换的高超声速目标TBD检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(一)、将经过雷达信号处理后的I个扫描帧的雷达信号分别与第一门限h₁比较，得到对应的三维量测矩阵R_m(k,n,i)，其中第一维k表示雷达的距离、方位、俯仰、径向速度、信号能量、时标量测，k＝1,2,3,...,K，若雷达量测中没有某项量测，则对应位置置零；第二维n表示量测的个数标号，n＝1,2,3,...,N；第三维i表示雷达扫描帧数号，i＝1,2,3,...,I；

步骤(二)、将雷达观测平面用距离-方位进行离散化，将雷达量测的能量赋给对应的距离、方位、帧数的信号矩阵R_s(q,p,i)，其中R_s大小为Q×P×I，第一维q表示方位单元编号，q＝1,2,3,...,Q，第二维p表示距离单元编号p＝1,2,3,...,P，第三维i表示雷达扫描帧数号，i＝1,2,3,...,I，初始化时矩阵元素全为0，将量测矩阵R_m各帧中各个量测的信号能量R_m(5,n,i)赋给R_s矩阵中对应的点R_s(p,q,i)，其中p表示与距离量测R_m(1,n,i)对应的最近距离单元编号，q表示与方位量测R_m(2,n,i)对应的最近方位单元编号；若雷达量测中不包含信号能量信息，则认为各个量测点能量相同，将对应的点R_s(p,q,i)赋一个相同的能量值；

步骤(三)、初始化参数，设置参数搜索范围和搜索步进；

步骤(四)、选取R_s中第1帧的任一不为零的点R_s(q,p,1)，并假定该点为目标运动的起点，利用多项式Hough变换的高超声速目标TBD检测方法，在参数空间进行能量积累，提取参数空间能量最大值，赋给E(q,p)，其中E是信号积累矩阵，大小为Q×P，元素初始化全为零，并记录下取得最大值时对应的多项式参数；

步骤(五)、重复第(四)步，遍历所有第一帧的点，得到信号积累矩阵E；