一種用於空時自適應處理雷達的檢測前跟蹤方法
2023-05-31 21:53:16 1
一種用於空時自適應處理雷達的檢測前跟蹤方法
【專利摘要】該發明提供了一種用於空時自適應處理雷達的檢測前跟蹤方法，屬於雷達目標跟蹤【技術領域】，特別涉及了空時自適應處理(STAP)雷達微弱目標檢測跟蹤【技術領域】。首先利用全部幀全部距離單元計算統計STAP協方差矩陣；然後計算每幀每個距離單元在計算統計STAP協方差矩陣時所佔的權重；進而利用每一幀中小於該幀權重均值的權重對應的距離單元重新估計統計STAP協方差矩陣；再計算每幀每個距離單元對應的檢測統計量，並形成新數據平面；最後對新數據平面新距離單元進行值函數更新，最終得到目標航跡。從而具有減少估計性能損失，從而達到減少計算量的同時提高檢測跟蹤準確性、實時性的效果。
【專利說明】一種用於空時自適應處理雷達的檢測前跟蹤方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於雷達目標跟蹤【技術領域】，特別涉及了空時自適應處理（STAP)雷達微 弱目標檢測跟蹤【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 微弱目標跟蹤由於目標能量微弱、信噪比比較低，通常採用檢測前跟蹤方法。相對 於傳統的目標跟蹤方法，檢測前跟蹤方法並不在單幀內宣布目標檢測結果，而是利用目標 在幀與幀之間的信息將多幀數據聯合處理，充分積累目標在各幀之間的信息，提高信噪比， 並在宣布檢測結果的同時獲得目標航跡。動態規劃檢測前跟蹤算法是檢測前跟蹤方法中的 一種。它是窮盡搜索法的一種等效實現算法，但是它的計算效率遠遠高於窮盡搜索。它的 主要思想是將n維優化問題轉化為n個1維優化問題，對優化問題的分級處理大大降低了 它的計算量。
[0003] Danilo Orlando在2010年首次將動態規劃檢測前跟蹤算法應用到STAP雷達中， 見文獻 "Orlando, D.，et al. Track-before-detect strategies for STAP radars. IEEE Transactions on Signal Processing, 58, 2 (Feb. 2010), 933一938"。該算法首先利用回波 數據估計統計STAP協方差矩陣；然後對每個距離單元計算基於隨機檢驗（ad hoc test)的 檢測統計量，形成新的回波數據平面；對新的數據平面利用動態規劃檢測前跟蹤算法進行 目標檢測和跟蹤。該算法針對時變場景（統計STAP協方差矩陣固定）和穩定場景（統計 STAP協方差矩陣不固定）採用兩種不同的統計STAP協方差矩陣方法，結果顯示場景信息對 算法性能具有重要的影響，若場景信息與真實場景不匹配，算法性能嚴重下降。另外，該算 法在時變場景下所採用的統計STAP協方差矩陣方法所需估計與求逆的統計STAP協方差矩 陣個數為距離單元數與積累幀數的乘積，而矩陣求逆計算量大、耗時，所以該算法不利於工 程實現。
【發明內容】
[0004] 針對【背景技術】存在的缺陷，本發明提出了一種用於空時自適應處理雷達的動態規 劃檢測前跟蹤方法，該方法採用新的統計STAP協方差矩陣估計方法，減少估計性能損失， 從而達到減少計算量的同時提高檢測跟蹤準確性、實時性的目的。
[0005] 本發明的技術方案為一種用於空時自適應處理雷達的檢測前跟蹤方法，該方法包 括：
[0006] 步驟1 :系統參數初始化，初始化參數包括陣元（雷達傳感器）個數Na，脈衝數目 Np，距離單元個數L，動態規劃檢測前跟蹤算法處理幀數M，自然數r ;其中對於一個指定的 方位（方位角為fc)，雷達所有Na個陣元接收到的Np次脈衝回波數據稱為一幀數據，將一 幀數據中各陣元接收到的每次脈衝回波數據平均分為若干段，並對各陣元接收到的每次 脈衝回波數據的分段順序編號，將一幀數據中相同編號的數據段排列在一起稱為一個距離 單元；
[0007] 步驟2 :估計統計STAP協方差矩陣
[0008] 步驟2. 1 :根據接收到的M幀回波數據，計算統計STAP協方差矩陣
【權利要求】
1. 一種用於空時自適應處理雷達的檢測前跟蹤方法，該方法包括： 步驟1 :系統參數初始化，初始化參數包括陣元（雷達傳感器）個數Na，脈衝數目Np， 距離單元個數L，動態規劃檢測前跟蹤算法處理幀數M，自然數r ;其中對於一個指定的方位 (方位角為氣），雷達所有Na個陣元接收到的Np次脈衝回波數據稱為一幀數據，將一幀數 據中各陣元接收到的每次脈衝回波數據平均分為若干段，並對各陣元接收到的每次脈衝回 波數據的分段順序編號，將一幀數據中相同編號的數據段排列在一起稱為一個距離單元； 步驟2 :估計統計STAP協方差矩陣 步驟2. 1 :根據接收到的M幀回波數據，計算統計STAP協方差矩陣
其中zf表示第m幀第1個距離單元，其結構如下：
其中< gi)表示第m幀，第1個距離單元，第i個陣元，第j個脈衝對應的回波數據； 步驟2. 2 :計算第m幀第1個距離單元數據在計算協方差矩陣時所佔的權重
步驟2. 3 :利用每一幀中小於該幀權重均值的權重對應的距離單元重新估計統計STAP 協方差矩陣，具體操作如下：對m = 1，2, ...，M，假設if, 1 = 1，2,…，L中小於權重均值的 權重為
，則利用權重
對應的距離單元重新估計統 計STAP協方差矩陣，即
步驟3 :計算每幀中每個距離單元基於ad hoc檢驗的檢測統計量，並針對每一幀形成 新的LXl維回波數據平面； 步驟4 :利用動態規劃檢測前跟蹤方法處理新的數據平面 步驟4. 1 :值函數初始化 對於第1幀新的數據平面，即k = 1，每個新距離單元的值函數為該新距離單元記錄的 數據； 步驟4. 2 :值函數更新 對於第2幀的新數據平面的每個新距離單元，如果該新距離單元包含目標，計算目標 在第1幀新數據平面中可能所在的所有新距離單元，尋找出這些新距離單元中最大值函數 所在的位置，並將此最大值函數與第2幀當前新距離單元中記錄的數據進行疊加，將疊加 之後的值賦值給第2幀當前新距離單元的值函數； 步驟4. 3 :採用與步驟4. 2相同的方法計算出第3幀到第K幀的值函數； 步驟4. 4 :將第K幀的最大值函數與門限Vt進行比較，若最大值函數高於門限，則認為 目標存在，其中門限Vt通過蒙特卡洛仿真得到； 步驟4. 5 :將步驟4. 4中認定的目標，利用步驟4. 1-4. 3中記錄的目標在前K幀的目標 位置信息，恢復出目標航跡； 步驟4. 6、若目標存在，則宣布目標存在，並且輸出目標航跡。
2.如權利要求1所述的一種用於空時自適應處理雷達的檢測前跟蹤方法，其特徵在於 步驟3的具體步驟為： 步驟3. 1 :對於每幀中每個距離單元計算基於ad hoc檢驗的檢測統計量
表不時間導向 矢量；
表示空間導向矢量；?為Kronecker乘積符 號
，d表不雷達傳感器之間的間隔，λ表不波長；
，T表不脈衝 重複周期，f。表示載波頻率，V表示目標的徑向速度，c表示電磁波在介質中傳播的速度； u (vm，vsm)H表示向量u (vm，vsm)的共軛轉置；IT1表示步驟2中估計的統計STAP協方差矩陣 R的逆矩陣；max表示求最大值；I I表示取模運算
表示不模 糊都卜勒頻域，其中r為自然數（通常選擇r時應使得rNp為2的指數次冪）； 步驟3. 2針對每一幀回波數據形成新數據平面 每幀新數據平面大小為LX 1維，並將第1個單元稱之為新距離單元，第1個新距離單 元記錄的數據為步驟3. 1中計算的該幀第1個距離單元基於ad hoc檢驗的檢測統計量。
【文檔編號】G01S13/66GK104391293SQ201410628005
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】易偉, 姜海超, 李小龍, 姬亞龍, 孔令講, 崔國龍, 楊曉波, 楊益川 申請人:電子科技大學