[发明专利]一种基于自适应波束RDT的船载地波雷达目标检测方法

权利要求书

1.一种基于自适应波束RDT的船载地波雷达目标检测方法，包含以下步骤：

(1)固定波束RDT构建与首帧预处理

获取船载雷达的多通道时域数据和船载平台的姿态数据，姿态数据包括平台航速v_p(k)，平台艏向雷达主轴角度rs_p(k)等。其中，k表示第几帧数据，k＝1，2，3，...，K，K表示数据总帧数。

设定覆盖整个探测区域所需要的波束数目为N(由实际情况设置)，构造N个波束RDT三维数据结构。每个波束指向角为θ(j)，j为每个波束按照逆时针方向编号，j＝1，2，...，N。对构造的波束RDT首帧数据进行预处理(CFAR检测)，得到疑似目标点迹数据集合Point，包括目标幅度值f(单位dB)，方位角α(相对于雷达主轴)，径向距离r、多普勒速度v、距离单元格r_g、多普勒单元格v_g、经度lon、纬度lat、目标信噪比最高的波束标志位flag(默认值-1)等信息。

(2)疑似目标分类与初始波束确定

对(1)得到的疑似目标点迹数据集合Point做波束分类处理，若目标方位与波束指向角差值绝对值最小，说明目标距离该波束最近，则目标在该波束信噪比最高，以第i个目标为例：

其中，α(i，k)表示第k帧第i个目标的方位，θ(j)表示第j个波束的指向角度，flag(i，k)＝j表示第k帧第i个目标在第j个波束中信噪比最高。

(3)综合姿态信息判别目标是否处于探测区域

从第二帧(k＝2)开始，在进行检测跟踪一体化处理之前，需要综合考虑目标方位角和平台艏向变化量来判断每一个目标是否处于雷达有效探测区域，公式如下：

其中，b(i，k)＝0，表示目标在第k帧时超出雷达有效探测区域；b(i，k)＝1，表示目标第k帧仍处于雷达有效探测区域。其中，表示第k帧平台艏向变化量，Ω为雷达有效探测区域的边界，根据实际情况通常设定为60°。

若b(i，k)＝1，则进入步骤(4)。

若b(i，k)＝0，此时需要判断船载平台艏向是否处于周期变化，只有平台处于周期变化状态，目标才能再次回到雷达有效探测区域。首先获取前20帧平台姿态数据，利用傅里叶变换分析平台艏向是否存在周期变化；再结合判断平台艏向变化量的大小。

其中，d为艏向变化量大小，一般设定为5°。

s＝0，表示平台艏向变化量较小，目标移出探测区域后，很难通过平台艏向的变化再次回到探测区域，目标的检测跟踪一体化过程终止。s＝1，表示艏向处于周期变化状态且艏向变化量较大，目标移出探测区域后，还能再次回到探测区域，则进入步骤(5)。

(4)RDT波束动态确定

进行RDT波束动态确定，需要同时考虑目标方位和艏向变化量，以第k-1帧目标i为例：

flag(i，k)＝j，即第k帧目标i信噪比最高波束所在波束为第j个波束，那么第k帧使用第j个波束RDT数据进行目标i的检测跟踪一体化。

(5)RDT修补

目标移出雷达探测区域的一段时间内缺失有效的回波信号，为了持续对目标的检测跟踪一体化过程，通过前一阵目标的位置、幅度信息预测下一帧目标位置和幅度，完成RDT修补。

目标i第k-1帧距离、速度分别为r(i，k-1)，v(i，k-1)，由余弦定理，第k帧目标的径向距离r(i，k)可近似表示为：

结合附图4说明，β(i，k-1)是目标运动方向与回波方向的夹角，φ(i，k-1)是回波方向与船载平台运动方向的夹角；t表示帧间隔时间，通常为60s。第k帧目标运动方向与回波方向的夹角β(i，k)也会发生变化：

β(i，k)＝β(i，k-1)+Δβ

第k帧平台速度v_p(k)，艏向变化量为则第k帧目标速度如下：

由距离、速度分辨率可以计算出k帧目标所在的单元格(r_g，v_g)。得到目标的位置后，需要估计以目标位置所在单元格为中心的5个单元格的幅度值。

以距离维度目标扩展的三个单元格为例，取目标第k-1帧距离维幅度最高点m以及两个幅度次高点n、p，m、p的幅度分别为a(i，k-1)、b(i，k-1)、c(i，k-1)，利用这三点作高斯曲线拟合(参考附图3)，高斯曲线极值点坐标H(m′，h)，h即为第k帧目标所在单元格(r_g，v_g)的幅度(也是幅度最高点)。然后，计算出第k帧、第k-1帧目标幅度最高对应距离的差值Δμt，根据Δμ，将曲线上另外两个点移动Δμ，求出移动后对应的幅度值b(i，k)、c(i，k)。

速度维度幅度值的估计同上。

(6)DP-TBD目标一体化探测

由于设X_k为第k帧RD谱中目标坐标集合，X_k＝{[r_g，v_g，α]^T}，r_g∈[1，r_max]，r_max为距离维单元格数，v_g∈[1，v_max]，v_max为速度维度单元格数。设第k帧RD谱中目标回波强度测量值集合为Z_k＝{z_k(r_g，v_g)}，其中，z_k(r_g，v_g)为第k帧RD谱中目标回波强度测量值。目标航迹被定义为：

其中，V_T为幅度阈值。设定I(x_k)为第k帧值函数，Ψ_k(x_k)为I(x_k-1)取最大值对应的x_k-1。

k＝1时，对所有的x₁＝{[r_g，v_g，α]^T}∈X₁，有I(x₁)＝z₁(r_g，v_g)，Ψ₁(x₁)＝[0，0]^T；对2≤k≤K，有：

当时，完成真实目标的确认，对应唯一编号trace(i)，i＝1，2，3...，L，L为航迹数目。对真实目标进行航迹回溯，得到目标航迹坐标集合。

(7)多波束目标结果融合

由于目标的航迹是在多个波束间搜索形成的，因此需要在所有目标航迹搜索完成后进行多波束航迹结果的融合。如目标在第j个波束RDT中的航迹维持了m帧，在第j+1个波束RDT中航迹维持了n帧，需要将这两段航迹融合成一条m+n帧的完整航迹。在一体化探测过程中，每个目标航迹都有唯一的航迹编号trace(i)，且在目标动态调整波束RDT时，航迹编号保持不变，因此只需要将航迹编号相同的目标航迹进行关联，就能得到该目标的完整航迹。