[发明专利]一种旋转对称目标微动特征认知提取方法

摘要

提供一种旋转对称目标微动特征认知提取方法，包括：第一步：采用检测前跟踪方法获取目标散射点距离轨迹信息；第二步：利用距离轨迹信息拟合微动参数，反过来，根据微动参数估计结果更新检测前跟踪过程中的状态转移集函数；第三步：从目标检测和微动特征提取两方面综合考虑设定判决准则，来判断目标检测和微动特征提取任务是否完成。该方法能够在对目标进行检测跟踪的同时实现目标微动特征提取，提高雷达工作效率。

主权项

1.一种旋转对称目标微动特征认知提取方法，其特征在于：包括下列步骤：第一步：采用检测前跟踪方法获取目标散射点距离轨迹信息；所述第一步具体包括：设圆锥目标质心为o，y轴在电磁波入射方向和z轴构成的平面内，根据右手螺旋定律建立x轴，目标以进动角θ、进动频率ωrad/s绕z轴进动；将x轴、y轴和z轴方向的单位向量分别记为和雷达波入射方向β为平均视线角，目标由3个散射中心组成，分别为锥顶散射中心a，以及锥底散射中心c和d，底圆半径为r₀，质心到a点距离记为|oa|，质心到底圆的垂直距离记为|ob|；假设t＝0时刻，在xoy平面上的投影与x轴的夹角为φ₀，则t时刻，在雷达视线上的投影为r_a＝|oa|(sinβsinθsin(ωt+φ₀))+vt其中v为目标径向速度；和在雷达视线上的投影为r_c，d＝(‑|ob|sinβsinθsin(ωt+φ₀)mpsin²βsin²θcos²(ωt+φ₀)mpsin²βcos²θ±2psinβcosβsinθcosθsin(ωt+φ₀)‑|ob|cosβcosθmpcos²βsin²θ)+vt其中对雷达回波数据进行距离向脉压处理，设雷达第k个脉冲得到的目标一维距离像由R_n个分辨单元构成，第i个分辨单元上的量测值为HRRP_k(i)，可将其看作是TBD处理中第k帧获得的第i个分辨单元的量测值，则第k帧的量测值定义为HRRP_k＝{HRRP_k(i)|i＝1，2，L，R_n}前k帧的量测值可表示为Z_k＝{HRRP₁，HRRP₂，L，HRRP_k}设状态x_k‑1对应的前k‑1帧能量累积值为I(x_k‑1)，那么第k帧状态x_k的能量累积值可表示为其中，Г(x_k)为可转移到状态x_k的所有可能状态x_k‑1的集合；对积累k帧后的目标函数I(x_k)设置门限，对能量累积函数值大于门限的状态进行航迹回溯，回溯过程所涉及到的状态可通过下式得到其中，Y_k(x_k)为回溯函数，用来记录各个阶段使能量累积值达到最大的目标状态，目标状态序列即为目标距离轨迹的估计值；对于每一条回溯出的距离轨迹Y(k)，分别根据锥顶和锥底散射点两种不同的距离随时间的变化规律拟合出两组参数：|oa|′、φ′₀、β′、θ′、ω′、v′，以及|ob|″、r″₀、φ″₀、β″、θ″、ω″、v″，定义两组参数的拟合误差分别为：其中比较拟合误差err₁和err₂，若err₁≤err₂，则认为该距离轨迹由顶点散射点形成，可提取出微动特征参数|oa|′、φ′₀、β′、θ′、ω′、v′；反之，则认为该距离轨迹由锥底平面的滑动散射点形成，可提取出微动特征参数|ob|″、r″₀、φ″₀、β″、θ″、ω″、v″；在此基础上，通过建立微动特征参数提取结果与目标检测前跟踪过程之间的信息反馈，更新目标状态转移函数；设第k帧时提取到的锥顶散射点微动特征参数为|oa|′_k、φ′_0k、β′_k、θ′_k、ω′_k、v′_k；提取到的锥底散射点微动特征参数为|ob|″_k、r″_0k、φ″_0k、β″_k、θ″_k、ω″_k、v″_k；则对于x_k+1＝i，根据微动特征参数提取结果可以确定状态转移集Γ(x_k+1)为其中Δr₁＝|oa|′(sinβ′sinθ′sin(ω′t_k+1+φ′₀))+v′t_k+1‑Y_k(k)Δr₂＝(‑|ob|″sinβ″sinθ″sin(ω″t_k+1+φ″₀)mp″sin²β″sin²θ″cos²(ω″t_k+1+φ″₀)mp″sin²β″cos²θ″±2p″sinβ″cosβ″sinθ″cosθ″sin(ω″t_k+1+φ″₀)‑|ob|″cosβ″cosθ″mp″cos²β″sin²θ″)+v″t_k+1‑Y_k(k)f_R(·)为搜索范围自适应调整函数，控制检测前跟踪过程中搜索距离门的大小；函数f_R(·)以第k帧时微动特征参数拟合误差为自变量，当拟合误差较大时，说明对下一帧距离信息预测的精度较低，搜索距离门应适当增大；当拟合误差较大时，说明对下一帧距离信息预测的精度较高，可适当减小搜索距离门以减小算法运算量；因此，f_R(·)应为增函数，f_R(·)定义为f_R(err_k)＝r_min+λ·err_k其中r_min为搜索距离门最小值，λ＝15；第二步：利用距离轨迹信息拟合微动参数，反过来，根据微动参数估计结果更新检测前跟踪过程中的状态转移集函数；所述第二步具体包括：设置两个检测门限：低检测门限Tα₁和高检测门限Tα₂；当能量累积值大于高检测门限Tα₂时，判决目标存在，拟合获得目标微动特征参数；当能量累计值大于Tα₂而小于高检测门限Tα₂时，根据微动特征提取精度判断目标是否存在；具体方法为：当第k帧能量累积值I(x_k)大于Tα₁时，回溯得到目标散射点的距离轨迹估计值Y_k，分别根据锥顶散射点和锥底散射点的距离轨迹形式拟合出两组微动特征参数，比较两种拟合误差，确定散射点属性，从而得到第k帧时散射点的微动特征提取结果，并将拟合误差记为err_k，在此基础上，利用微动特征参数提取结果更新状态转移集，对第k+1帧数据进行能量累积并回溯目标距离轨迹，通过曲线拟合和误差比较，获得第k+1帧时散射点的微动特征提取结果，并将拟合误差记为err_k+1；若拟合误差很小，且对目标下一帧位置信息的预测足够准确，则认为微动特征提取精度已到达要求，同时可判定目标存在，不需要再进行能量累积；否则，认为累积能量不足，需要继续对k+1帧数据进行能量累积并重复上述步骤；微动特征提取精度判决变量定义为其中T_e是拟合误差门限，为根据第k帧时散射中心的微动特征提取结果预测得到的第k+1帧散射中心距离信息，Y_k+1为第k+1帧能量累计后回溯得到的目标距离轨迹；当能量累积值大于Tα₂或微动特征提取精度判决变量为1时，均认为目标存在，实现了对目标的微动特征参数提取；第三步：从目标检测和微动特征提取两方面综合考虑设定判决准则，来判断目标检测和微动特征提取任务是否完成；所述第三步具体包括：设置两个检测门限：低检测门限Tα₁和高检测门限Tα₂；当能量累积值大于高检测门限Tα₂时，判决目标存在，拟合获得目标微动特征参数；当能量累计值小于高检测门限Tα₂时，根据微动特征提取精度判断目标是否存在。