[发明专利]一种基于投影卷积的星载激光雷达非相干积累检测方法

说明书

一种基于投影卷积的星载激光雷达非相干积累检测方法，通过在星载激光雷达距离维度上引入了回波能量投影的卷积运算机制，实现跨多个距离区间的运动目标检测，消除了空间快速运动目标在多个距离区间上徙动造成的能量积累分散的影响，提高了微弱快速运动目标的非相干积累检测能力。本发明解决了传统雷达目标非相干积累检测方法对于快速运动目标无法有效积累的问题，特别适合FPGA等数字电路的硬件实现。

技术领域

本发明涉及一种基于投影卷积的星载激光雷达非相干积累检测方法，属于雷达微弱目标检测技术领域。

背景技术

星载激光雷达具有体积小、重量轻、测距分辨率高和抗电磁干扰能力强等优点，是未来卫星测距载荷的主要发展方向之一。但受制于卫星平台有限的资源和激光的能量转换效率，星载激光雷达的发射功率和重频受到较大限制，为了提高雷达的测距威力，需要提高雷达的目标检测能力。

经典的模拟激光雷达采用阈值法进行单脉冲检测，只能工作在大信噪比条件下，大大降低了激光雷达探测目标的能力。目前，数字化激光雷达已成为主要技术发展趋势。与模拟激光雷达相比，数字激光雷达也可以采用阈值法进行单脉冲检测，但单次探测对弱小信号检测能力差，还不能充分发挥激光雷达的数字信号处理能力。然而数字化激光雷达可以根据目标的相关性进行多脉冲相关检测，通过相关检测可以提高激光雷达的检测概率，降低虚警概率，提高了激光雷达对弱小目标的检测能力。由于激光雷达使用非相干激光的测距体制较多，因此非相干积累检测是目前提高数字化激光雷达探测能力的主要检测手段。

激光雷达的目标检测和跟踪是紧密关联的。二者可以互为因果，根据技术途径不同，可以分为先跟踪后检测(TBD)和先检测后跟踪(DBT)。

TBD是目前红外和微波雷达广泛使用的方法，常见的TBD算法有动态规划、粒子滤波及Hough变换法等。TBD检测能够在低信噪比下利用多帧积累检测到远程目标。在地面和大型机载设备中得到很好的应用。这种方法的优点是鲁棒性好，经过多帧积累检测性能得到较大提高，在有较高地地面杂波的环境中能够有效发现微弱的雷达目标；缺点是运算处理复杂，实时性较差，对计算资源的要求比较高。

DBT较为经典，是在非相干检测之后，再进行目标跟踪。激光雷达的非相干检测的一般方法是是将距离分为若干个BIN(距离区间)，将每次的测距结果在与距离值对应的BIN上进行积累，多次回波测量之后，积累数量最大BIN所对应的距离即是检测结果。如图1所示。对于星载激光雷达，没有地表杂波，背景比较简单，干扰相对较少，同时卫星平台的处理器资源有限，因此使用DBT方法较为合适。但与地面激光测距机不同，如果使用传统的非相干积累方法，对于高速运动的卫星平台，会出现运行目标回波能量积累分散的情况，检测效果会明显降低。如图2所示。因此，如何提高星载激光雷达DBT运动目标的非相干检测能力是实现目标跟踪和测距之前必须解决的一个关键问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于投影卷积的星载激光雷达非相干积累检测方法，解决了传统雷达目标非相干积累检测方法对于快速运动目标无法有效积累的问题。

本发明的技术方案是：

一种基于投影卷积的星载激光雷达非相干积累检测方法，步骤如下：

1)将雷达测距范围划分为多个连续的距离区间；

2)根据每一次雷达获取的目标位置信息，获取每一个距离区间对应的目标出现次数；

3)根据雷达的测距频率和目标对应的飞行速度上限值，获取水平积累窗口的宽度；

4)根据每一个距离区间长度、水平积累窗口的宽度、以及每一个距离区间对应的目标出现次数，获取每一个水平积累窗口位置分别对应的水平投影结果；

5)根据所述水平投影结果中水平投影结果最大值对应的水平积累窗口位置，获取所述目标位置。