[发明专利]一种基于动态规划的多帧相参积累目标检测前跟踪方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达系统中目标多帧检测和跟踪的技术领域，它特别涉及到了低信噪比条件下雷达多帧检测和跟踪微弱目标的技术领域。

背景技术

随着目标隐身技术的不断发展和升级，雷达所检测目标(如飞机、舰船)的雷达目标反射截面积(RCS)减小了一到两个数量级。这增加了雷达检测目标的难度，同时也对雷达自身的生存构成了威胁。正是由于上述原因，微弱目标的检测和跟踪成为雷达检测领域的一个重要研究方向。已有的研究成果中提到了通过延长脉冲积累时间来提高输出信噪比，从而提高了雷达对微弱目标的检测能力。现有预警雷达体系为了防止距离模糊的产生，其脉冲重复频率较低。在低重频预警雷达的工作体制下，雷达发射机在一个方位向分辨单元上发射的脉冲数很少，从而导致了一帧雷达回波数据中包含的目标回波脉冲数很少，这使得在单帧回波数据内对目标回波进行长时间的脉冲积累变得很难实现。

检测前跟踪算法是通过先存储多帧未经过门限处理的雷达回波原始数据，然后进行能量积累来对微弱目标进行检测和跟踪的技术，见文献“孙立宏.雷达弱小目标检测前跟踪方法研究.[硕士学位论文]，西安：西安电子科技大学，2007”。由于信噪比较低时，单帧回波数据无法检测出微弱目标，检测前跟踪方法通过对多帧回波数据进行处理，根据先验信息沿目标的运动轨迹进行能量积累，从而提高输出信噪比，达到检测微弱目标的目的。经典的检测前跟踪算法主要有基于Hough变换的检测前跟踪算法、基于粒子滤波的检测前跟踪算法以及基于动态规划的检测前跟踪算法等等。在雷达信号处理中脉冲的能量积累包括相参积累和非相参积累，前者是指对复数据(即包含幅度和相位的数据)进行积累，而后者指的是仅仅对数据的幅度(也可能是幅度的平方或者幅度对数)进行积累。上面提到的几种检测前跟踪算法均为对单帧雷达回波数据进行相参积累，多帧回波数据间采用非相参积累。由于这些算法在帧间积累时都舍去目标回波的相位信息，因此信噪比较低的时候其积累效率比帧间相参积累时低。传统的非相参检测前跟踪算法要达到与相参检测前跟踪算法达到同样的检测性能就必须要使用更多帧的回波数据进行积累，因而传统的非相参检测前跟踪算法的数据处理量与相参检测前跟踪算法相比也较大。

发明内容

为了能在低信噪比条件下，使用较少帧数的雷达回波数据就能得到较高的对微弱目标的检测概率，本发明提出了一种基于动态规划的多帧相参积累目标检测前跟踪方法，其特点是利用动态规划获得目标在几帧回波数据中的可能航迹，通过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，通过对多帧回波数据中的目标回波进行相参积累来提高输出信噪比，实现对微弱目标的检测。这种方法与传统非相参检测前跟踪方法相比，使用较少帧数回波数据就提高了输出信噪比，从而提高了目标检测概率。

为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：

定义1、检测前跟踪

在雷达系统中，检测前跟踪是指雷达在获得一个扫描周期的回波数据后，先不进行处理，不设检测门限和不宣布检测结果，而是将接收到的每一个扫描时刻的回波数据数字化后存储起来，等达到设定的数据量时在各扫描时刻之间对假设路径包含的点作几乎没有信息损失的相关处理，从而估计出目标的运动轨迹，最后检测结果和目标轨迹同时宣布，见文献“孙立宏.雷达弱小目标检测前跟踪方法研究.[硕士学位论文]，西安：西安电子科技大学，2007”。

定义2、距离单元

在雷达系统中，将雷达测距的范围划分成若干小的区域并将其编号，雷达根据目标回波信号落入的区域编号计算目标与雷达之间的距离。

定义3、方位向

将雷达扫描空间均匀划分为若干等分，每一等分为一个方位向。

定义4、虚警门限

雷达系统中的参数，当统计值超过虚警门限时雷达报告发现目标，当统计值未超过虚警门限时雷达不报告发现目标。详见文献“丁鹭飞，耿富录.雷达原理(第三版).西安电子科技大学出版社.2009.8”。

定义5、一帧回波数据

在本发明中，一帧回波数据是指在一个雷达扫描周期内，雷达接收机所接收、采样并存储的在这一个雷达扫描周期内所有发射脉冲的回波数据。

定义6、慢时间

雷达发射脉冲重复时间为T，记第一个脉冲的发射时刻为0，那么第m个脉冲的发射时刻为t_m=mT(m=0，1,2….)，t_m即亦称为慢时间。

定义7、距离-慢时间二维数据矩阵