[发明专利]一种用于微弱目标的改进型随机Hough变换检测方法

摘要

本发明公开了一种用于微弱目标的改进型随机Hough变换检测方法，它利用雷达回波数据的时间信息，在不同帧间选取最小点集，避免了在单帧数据中检测目标航迹的不合理情况，大大地提高了低信噪比环境下有效采样所占的比例；该方法采用基于最小欧氏距离的投票准则进行投票，使得投票结果较之传统随机Hough变换更优；该方法在更新动态链接列表P中参数投票值的同时更新参数，经过多次更新后其偏差会得到纠正，从而能够更加精确的恢复航迹。该方法具有计算时间短、所需存储空间小，能够快速、准确的检测航迹等特点。

主权项

1.一种用于微弱目标的改进型随机Hough变换检测方法，其特征是该方法包括如下步骤：步骤1、初始化随机Hough变换系统参数：初始化系统参数包括：雷达天线扫描周期T_r；目标的最小速度V_min和最大速度V_max，V_min和V_max来自于目标的先验信息；第一门限虚警概率P_fa；利用蒙特卡罗仿真实验计算出的第二门限；建立动态链接列表P，其中P(：，i)＝[ρ(ii)θ(ii)，score(ii)]^T，ii＝1，2...n，n是动态链接列表P中直线参数的个数，初始时设置n＝0，ρ(ii)和θ(ii)是最小点集经Hough变换得到的参数，score(ii)是参数ρ(ii)和θ(ii)对应的投票值，上标T表示数学运算中的转置运算；ρ(ii)的容许误差为Δρ，θ(ii)的容许误差为Δθ，采样次数s＝1；步骤2、输入数据空间，取出数据点集Z：Z＝Z(k)＝{z_ij(k)}        (2)其中，1≤i≤M，1≤j≤N，k＝1，2...L，i、j、k均为正整数，i和j分别表示量测数据在X轴和Y轴上的位置，M是X轴量化单元的总个数，N是Y轴量化单元的总个数；k是量测数据所在的帧数，L是点集Z的总帧数；z_ij(k)表示第k帧数据中量测单元(i，j)的量测值，z_ij(k)通过对雷达回波进行采样得到；步骤3、根据计算第一门限T₁，其中P_fa为虚警概率，p(x|H₀)为背景噪声的概率密度函数，H₀表示量测仅为噪声，无目标的情况；对数据点集Z按照下面方法进行处理：如果z_ij(k)≥T₁，令z_ij(k)＝1；如果z_ij(k)＜T₁，令z_ij(k)＝0；步骤4、设置最大采样次数S，其中n是数据点集Z经步骤3处理后非零点的个数，L是是点集Z的总帧数，步骤5、建立矩阵D，用于存储数据点集Z中非零元素的位置信息，即D＝{d(：，m)＝[i，j，k]^T}            (3)其中1≤i≤M，1≤j≤N，1≤k≤L，1≤m≤(M×N×L)，m、i、j、k均为正整数；i和j分别为Z中非零元素在X轴和Y轴上的位置，k为非零元素所在的帧数，上标T表示数学运算中的转置运算；步骤6、从矩阵D中随机选取两个列向量d(：，m₁)＝[i₁，j1，k₁]^T和d(：，m₂)＝[i₂，j₂，k₂]^T，i₁、j₁、k₁分别表示d(：，m₁)对应的非零元素在X轴上的位置、Y轴上的位置、所在的帧数，i₂、j₂、k₂分别表示d(：，m₂)对应的非零元素在X轴上的位置、Y轴上的位置、所在的帧数；令s＝s+1，其中s为采样次数；如果k₁≠k₂，进行步骤7操作；如果k₁＝k₂，重复步骤6操作，直到k₁≠k₂，进行步骤7操作；步骤7、从数据点集Z中找出d(：，m₁)、d(：，m₂)对应的非零元素其中i₁、j₁、k₁分别表示在X轴上的位置、Y轴上的位置、所在的帧数，i₂、j₂、k₂分别表示在X轴上的位置、Y轴上的位置、所在的帧数；由公式计算出两点之间的距离dist，由公式v＝dist/(k₁-k₂|^*T_r)计算出两点对应的速度v；如果V_min≤v≤V_max，进行步骤8操作；如果v＜V_min或v＞V_max，进行步骤6操作；步骤8、由θ＝atan(-(i₁-i₂)/(j₁-j₂))及ρ＝i₁^*cos(θ)+j₁^*sin(θ)计算出最小点集所确定的直线参数ρ和θ，其中i₁、j₁分别表示在X轴和Y轴上的位置，i₂、j₂分别表示在X轴和Y轴上的位置；步骤9、如果s＝1，则ρ(1)＝ρ，θ(1)＝θ，score(1)＝1，进行步骤6操作；如果s≠1，在动态链接列表P中找出满足|ρ(jj)-ρ|≤Δρ且|θ(jj)-θ|≤Δθ的所有参数的集合{P_c|P_c＝(ρ(jj)，θ(jj))}，其中，ρ(jj)和θ(jj)是动态链接列表P已有的直线参数，1≤jj≤n，jj为整数，n是动态链接列表P中直线参数的个数；Δρ和Δθ分别是参数ρ(jj)和θ(jj)的容许误差；如果则找出{Pc}中满足dis＝(ρ(l)-ρ)²+(θ(l)-θ)²＝min((ρ(jj)-ρ)²+(θ(jj)-θ)²)的参数ρ(l)，θ(l)，令score(l)＝score(l)+1；进行步骤10操作；如果则令ρ(n+1)＝ρ，θ(n+1)＝θ，score(n+1)＝1，n＝n+1，进行步骤11操作；其中表示空集；步骤10、根据ρ(l)＝(ρ(l)+ρ)/2和θ(l)＝(θ(l)+θ)/2更新动态链接列表P中的参数ρ(l)和θ(l)；步骤11、如果s≥S，进行步骤12操作；如果s＜S，进行步骤6操作；其中s是采样次数，S是最大采样次数；步骤12、对动态链接列表P进行遍历，如果score(ii)≥T₂，则将参数ρ(ii)和θ(ii)提取出来，保存在结果矩阵Para中，其中T₂为第二门限，ρ(ii)和θ(ii)是动态链接列表P中的直线参数，ii＝1、2...n，n是动态链接列表P中直线参数的总个数；如果score(ii)＜T₂，则舍弃参数ρ(ii)和θ(ii)；最终得到检测结果矩阵Para；步骤13、将检测结果矩阵Para中的参数ρ和θ，通过逆Hough变换得到数据空间对应的直线，该直线即为检测到的目标航迹。