[发明专利]一种多帧相参积累目标检测前跟踪方法

摘要

本发明公开了基于Keystone变换的一种多帧相参积累目标检测前跟踪方法，它是利用Keystone变换校正多帧雷达数据中目标回波的距离走动，利用DCFT来对目标回波相位的二次项进行估计和补偿以利用目标回波的相位信息，通过多帧回波相参积累来提高输出信噪比，实现对微弱目标的检测。本发明方法与传统非相参检测前跟踪方法相比，能够在较少帧数的回波数据下有效实现微弱目标的检测，提高了检测效率且在检测的同时提供了目标的位置和运动信息，实现了目标的跟踪。

主权项

1.一种多帧相参积累目标检测前跟踪方法，其特征是该方法包括如下步骤：步骤1、基于Keystone变换的多帧相参积累目标检测前跟踪方法相关参数的初始化需要进行初始化的参数如下：雷达发射脉冲的载频fc；雷达发射脉冲重复时间T；雷达发射脉冲的带宽B；雷达发射脉冲的调频斜率b；雷达发射脉冲的持续时间T_p；雷达的距离分辨率δ_r；相参处理的雷达数据帧数K；雷达扫描空间被划分成的方位向个数N，记方位向序号为n，n＝1，2，…，N；雷达在每个方位向发射的脉冲个数M；雷达在距离向上的采样频率f_s；雷达在距离向上的采样点数L；雷达虚警门限值η；对于雷达系统，上述参数是已知的；多普勒模糊数最大值H；目标回波相位二次项系数最小值γ_min和目标回波相位二次项系数最大值γ_max；上述参数来自目标的先验信息；步骤2、多帧雷达数据在慢时间维上的拼接取雷达接收机接收到的任意K帧连续的回波数据；将这K帧连续的回波数据按照雷达接收机接收的先后次序拼接成一个L行K×M×N列的距离-慢时间二维数据矩阵X_L×(K×M×N)；拼接的具体方法为：K帧连续的回波数据中雷达最先接收到那一帧数据中第一个方位向矩阵的第一列作为整个距离-慢时间二维数据矩阵X_L×(K×M×N)的第一列，K帧连续的回波数据中雷达最先接收到那一帧数据中第一个方位向矩阵的第二列作为整个距离-慢时间二维数据矩阵X_L×(K×M×N)的第二列，以此类推，直到K帧连续的回波数据中雷达最后接收到那一帧数据中第N个方位向矩阵的第M列作为整个距离-慢时间二维数据矩阵X_L×(K×M×N)的最后一列，其中L是雷达在距离向上的采样点数，K为相参处理的雷达数据帧数，N为雷达扫描空间被划分成的方位向个数，M为雷达在每个方位向发射的脉冲个数；步骤3、目标回波脉冲数据选取及其余数据的置零对步骤2得到的距离-慢时间二维数据矩阵X_L×(K×M×N)进行脉冲选取，具体方法是在距离-慢时间二维数据矩阵X_L×(K×M×N)中的每一帧回波数据中选取某一个方位向上的M列回波数据作为目标回波数据，该帧回波数据中其余方位向上的回波数据均认为是噪声并做置零处理，处理后的数据矩阵记为距离-慢时间二维数据矩阵Y_L×(K×M×N)；记该次脉冲选取为第α次，α＝1，2，…N^K，其中K为相参处理的雷达数据帧数，N为雷达扫描空间被划分成的方位向个数；步骤4、将距离-慢时间二维数据矩阵Y_L×(K×M×N)转换到频率-慢时间维对步骤3得到的经过目标回波脉冲数据选取和其余数据置零处理后的距离-慢时间二维数据矩阵Y_L×(K×M×N)，按距离维做FFT，得到频率-慢时间二维数据矩阵Z_L×(K×M×N)；步骤5、用Keystone变换进行插值利用Keystone变换对步骤4中得到的频率-慢时间二维数据矩阵Z_L×(K×M×N)进行插值；具体方法如下：首先建立一个新的频率-慢时间二维数据矩阵R_L×(K×M×N)，该矩阵的所有元素初始值均为0，然后建立一个1行K*M*N列的向量l＝[1，2，L，K*M*N]；频率-慢时间二维数据矩阵R_L×(K×M×N)中第i行第j列的元素r_ij是由原频率-慢时间二维数据矩阵Z_L×(K×M×N)第i行与向量作点乘后求和得到，i＝1，2，L L，j＝1，2，L K*M*N，其中f_c为雷达发射脉冲的载频，f_s为雷达在距离向上的采样频率，L为雷达在距离向上的采样点数，K为相参处理的雷达数据帧数，N为雷达扫描空间被划分成的方位向个数，M为雷达在每个方位向发射的脉冲个数；步骤6、估计多普勒模糊数取步骤1获得的多普勒模糊数最大值H，在0到H的范围内以间距为1进行采样，得到多普勒模糊数的参考值h₁，h₂，...，h_Q；利用得到的Q个多普勒模糊数的参考值h₁，h₂，...，h_Q，分别对步骤5得到的经过Keystone变换进行插值后的频率-慢时间二维数据矩阵R_L×(K×M×N)进行多普勒模糊数的补偿；具体方法如下：分别根据第q个多普勒模糊数的参考值h_q，q＝1，2…Q，这里Q多普勒模糊数参考值的个数，对于频率-慢时间二维数据矩阵R_L×(K×M×N)第i行，建立一个多普勒模糊补偿向量l＝[1，2，L，K*M*N]，i＝1，2，L L；然后频率-慢时间二维数据矩阵R_L×(K×M×N)第i行与多普勒模糊补偿向量作点乘后得到的向量作为多普勒模糊补偿后的频率-慢时间二维数据矩阵A_q的第i行，i＝1，2，L L，其中f_c为雷达发射脉冲的载频，q＝1，2…Q，Q多普勒模糊数参考值的个数，f_s为雷达在距离向上的采样频率，L为雷达在距离向上的采样点数，K为相参处理的雷达数据帧数，N为雷达扫描空间被划分成的方位向个数，M为雷达在每个方位向发射的脉冲个数；步骤6、将数据矩阵转换到距离-慢时间维对步骤5中得到频率-慢时间二维数据矩阵A_q，q＝1，2…Q按频率维做IFFT，得到新的距离-慢时间二维数据矩阵B_q，q＝1，2…Q；步骤7、二次相位补偿对步骤6中得到的距离-慢时间二维数据矩阵B_q按慢时间维逐行进行二次相位补偿，q＝1，2…Q，Q多普勒模糊数参考值的个数；其具体做法是取步骤1获得的目标回波相位二次项系数的范围，在该范围内进行等间隔采样，得到G个二次项参考系数γ₁，γ₂，...，γ_G；建立一个新的L行K*M*N列的距离-慢时间二维数据矩阵D_q，q＝1，2…Q，Q多普勒模糊数参考值的个数；针对距离-慢时间二维数据矩阵B_q的第i行，建立一个1行，50列的信息存储矩阵Cⁱ_1×G，i＝1，2…L；分别根据第g个二次项参考系数γ_g，g＝1，2…G，建立一个二次相位补偿向量exp(j2πγ_g(l*T)²)，l＝[1，2，L，K*M*N]；令距离-慢时间二维数据矩阵B_q的第i行与二次相位补偿向量exp(j2πγ_g(l*T)²)点乘，得到一个二次相位补偿后的向量ρ_qi，i＝1，2…L；对ρ_qi进行FFT并取出FFT后得到的最大值存储在信息存储矩阵Cⁱ_1×G第g列；找出信息存储矩阵Cⁱ_1×G中的最大值并取得其对应的二次项参考系数γ′_i后，将距离-慢时间二维数据矩阵B_q的第i行点乘一个向量exp(j2πγ′_i(l*T)²)得到距离-慢时间二维数据矩阵D_q的第i行，q＝1，2…Q，Q多普勒模糊数参考值的个数，i＝1，2…L，其中K为相参处理的雷达数据帧数，N为雷达扫描空间被划分成的方位向个数，M为雷达在每个方位向发射的脉冲个数；步骤8、相参积累分别对步骤7得到的补偿后的距离-慢时间二维数据矩阵D_q按慢时间维做FFT，q＝1，2…Q，Q多普勒模糊数参考值的个数，得到积累矩阵E_q，q＝1，2…Q，这里Q多普勒模糊数参考值的个数；步骤9、峰值、方位信息，距离单元信息存储建立K+3行，N^K列的信息存储矩阵用于存储目标的方位、回波积累幅值，所在距离单元及目标多普勒频率信息；方法是将步骤3中经处理后得到得距离-慢时间二维数据矩阵Y_L×(K×M×N)中未被置零的K个方位向数据矩阵在原各帧回波数据中的方位向序号n分别存储于信息存储矩阵的第α列的前K行，α＝1，2，…N^K；求取由步骤8得到的积累矩阵E_q的最大值U_q，q＝1，2…Q，这里Q多普勒模糊数参考值的个数；对Q个最大积累峰值U_q进行比较，求取这些最大积累峰值中的最大值，令其为P，将最大值P存储于信息存储矩阵的第α列的第K+1行，α＝1，2，...，N^K，将该最大值P对应的距离单元存储于信息存储矩阵的第α列的第K+2行，并将该最大值P对应的多普勒频率存储于信息存储矩阵的第α列的第K+3行，其中K为参加相参处理的雷达数据帧数，N为雷达扫描空间被划分成的方位向个数；步骤10、选取K帧回波的所有方位向组合重复步骤3～9，直到K帧回波的所有方位向组合全部被选取，K为参加相参积累的总回波帧数；步骤11、判决目标取经步骤10处理得到的信息存储矩阵中第K+1行的最大值，令其为Q，将该最大值Q与虚警门限V_δ做比较，当最大值Q大于虚警门限V_δ时判为有目标，当最大值Q小于虚警门限V_δ时判为没有目标；若判为有目标，输出该最大值Q所在信息存储矩阵中对应列的前K行中存储的目标方位向信息值、第K+2行目标所在距离单元及第K+3行目标多普勒频率；这里K为参加相参积累的总回波帧数。