[发明专利]一种基于序贯优化的多普勒雷达多帧相干检测前跟踪方法

摘要

该发明公开了一种基于序贯优化的多普勒雷达多帧相干检测前跟踪方法，属于雷达目标检测技术领域，它特别涉及了低信噪比下的检测前跟踪技术领域。本发明同时考虑了帧间和帧内的相干积累，结合了检测前跟踪的思想，解决了传统的多帧检测前跟踪算法因在帧间进行非相干积累而造成的性能损失问题。本发明的优点在于可以有效改善对低信噪比目标的检测和跟踪性能，其性能增益与传统非相干的多帧积累算法相比有着显著的提升；其次，在进行参数搜索时，本发明利用参数的马尔可夫性，通过一种序贯优化的方法，将一个高维的优化问题转化成了多个低维优化问题，有效地降低了算法的计算量。

主权项

一种基于序贯优化的多普勒雷达多帧相干检测前跟踪方法，它包括以下步骤：步骤1、初始化系统参数：初始化系统参数包括：观测总帧数K；一个相干处理时间中包含的脉冲个数Np；雷达距离维分辨单元个数Nr；帧间间隔Ts；检测门限为VT；和分别表示帧内和帧间相位的搜索向量，和Nξ分别表示帧内和帧间相位的搜索个数；目标最大运动速度参数J；初始化变量k＝1；步骤2、从雷达接收机中读取第k帧量测：Zk＝{zk(nk):nk＝1,2,...,Nr}其中为第k帧第i个脉冲距离单元nk的量测值；(·)T表示转置符号；步骤3、如果k＝1，对所有n1∈{1,2,...,Nr}，初始化校准向量p1(n1)＝z1(n1)；否则执行步骤4；步骤4、序贯优化处理：步骤4.1、对k时刻所有距离单元nk∈{1,2,...,Nr}，找出k‑1帧中可能转移到nk的距离单元集合，表示为τ(nk)＝{nk‑1:|nk‑nk‑1|≤J}；步骤4.2、针对τ(nk)里所有距离单元nk‑1∈τ(nk)，计算相位补偿矩阵Ck‑1(nk‑1)，包含以下计算：计算中间变量Bk‑1(nk‑1)，Bk‑1(nk‑1)为Np×Nξ的矩阵，具体形式如下：Bk-1(nk-1)=z1(nk-1)·e0·jξ1z1(nk-1)·e0·jξ2...z1(nk-1)·e0·jξNξz2(nk-1)·e1·jξ1z2(nk-1)·e1·jξ2...z2(nk-1)·e1·jξNξ.........zNp(nk-1)·e(Np-1)jξ1zNp(nk-1)·e(Np-1)jξ2...zNp(nk-1)·e(Np-1)jξNξ]]>计算补偿矩阵Ck‑1(nk‑1)，Ck‑1(nk‑1)为矩阵，具体形式如下：其中pk‑1(nk‑1)为校准向量；步骤4.3、对矩阵Ck‑1(nk‑1)中的每一列分别进行kNp点的快速傅里叶变换，得到一个的矩阵；找出快速傅里叶变换后所得矩阵中元素幅度的最大值，表示为：其中FFT(·)表示快速傅里叶变换，|·|表示取模运算；同时记录该矩阵中最大值所在列的序号，并从补偿矩阵Ck‑1(nk‑1)中取出该序号所对应的列向量，表示为κ(nk‑1)；步骤4.4、对所有nk∈{1,2,...,Nr}，找出前一时刻最有可能转移到nk的距离单元，表示为并且记录下该单元对应的值，表示为更新校准向量pk(nk)＝κ(χ(nk))；步骤5、令k＝k+1，若k≤K返回步骤2，否则执行步骤6；步骤6、门限判决和目标位置序列恢复：对于第K帧的所有距离单元nK∈{1,2,...,Nr}，如果满足条件则第K帧的目标估计位置并利用χ(nk)恢复出每一帧目标的估计位置第1到K帧的目标位置序列可以表示为序列中的各帧k＝2,3,...,K；否则宣布无目标。