一種岸基近程雷達自動跟蹤處理方法及計算的製造方法
2023-09-20 18:43:30 1
一種岸基近程雷達自動跟蹤處理方法及計算的製造方法
【專利摘要】本發明適用於岸基近程小型雷達跟蹤【技術領域】，提供一種雷達全自動跟蹤處理方法，包括定時統計生成動態雜波圖，檢測出動態目標；通過方位分區以及距離分段快速粗比較，再準確計算空間距離進行細比較，將多個關聯的點合併為一個聚類點；若聚類點能與穩定航跡進行關聯，則更新穩定航跡，否則進一步判斷聚類點能否與臨時航跡進行關聯，若可以關聯則更新臨時航跡，否則將未關聯上的穩定航跡和臨時航跡的所有點存放於臨時列表，與下一掃描周期的臨時列表進行關聯。本發明方法在計算機中實現，原來由雷達的硬體電路對雷達信號的後期處理功能由計算機代替實現，減少了雷達上對信號處理的硬體電路，縮小雷達體積，實現雷達設備的小型化和全自動化。
【專利說明】一種岸基近程雷達自動跟蹤處理方法及計算機
【技術領域】
[0001]本發明屬於雷達跟蹤【技術領域】，尤其涉及岸基小型化近程雷達的自動跟蹤錄取處理方法及計算機。
【背景技術】
[0002]雷達跟蹤應用範圍很廣，比如在海防中對離海岸較近船隻的監控、遠程無人值守海島的雷達監控等。在雷達測量中常需要對動態目標進行跟蹤並且編號起批，但是目前大都是由人工操作錄取或者進行半自動跟蹤錄取，無法實現全自動跟蹤錄取，或者由底層硬體設備進行處理(ARPA)。
【發明內容】
[0003]鑑於上述問題，本發明的目的在於提供一種岸基近程雷達自動跟蹤處理方法及計算機，該方法由計算機的信號處理動態連結庫實現，旨在解決人工錄取動目標不能實現無人值守、雷達數據網絡化的技術問題，以及解決由底層硬體設備自動處理存在維護複雜、功耗聞、系統不穩定等技術問題。
[0004]一方面，所述岸基近程雷達自動跟蹤處理方法包括下述步驟:
[0005]統計生成雜波圖，將接收到的雷達信號與所述雜波圖進行比較，檢測出動態目標；
[0006]通過方位分區以及距離分段快速聚類，將多個關聯的點合併生成一個聚類點；
[0007]若聚類點可與穩定航跡進行關聯，則更新穩定航跡，否則進一步判斷聚類點可否與臨時航跡進行關聯，若可以關聯則更新臨時航跡，否則將未關聯上的穩定航跡和臨時航跡上的所有點存放於臨時列表。
[0008]另一方面，所述岸基近程雷達自動跟蹤處理計算機包括:
[0009]目標檢測模塊，用於統計生成雜波圖，將接收到的雷達信號與所述雜波圖進行比較，檢測出動態目標；
[0010]雙重聚類處理模塊，用於通過方位分區以及距離分段快速聚類，將多個關聯的點合併生成一個聚類點；
[0011]目標跟蹤模塊，用於若聚類點可與穩定航跡進行關聯，則更新穩定航跡，否則進一步判斷聚類點可否與臨時航跡進行關聯，若可以關聯則更新臨時航跡，否則將未關聯上的穩定航跡和臨時航跡上的所有點存放於臨時列表。
[0012]本發明的有益效果是:本發明通過在計算機上實現對雷達回波信號的信號處理，將原來由雷達的硬體電路對雷達信號的後期處理功能由計算機的信號處理動態連結庫代替實現，計算機直接從雷達接收機接收雷達回波的電平採樣信號，通過本發明技術方案實現動目標的檢測、聚類和跟蹤處理，還可通過網際網路實現遠程數據傳輸；減少了雷達設備上信號處理的硬體電路，降低設備成本，縮小雷達體積，減少雷達功耗，提高雷達穩定性，實現雷達設備的小型化和全自動化。【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明第一實施例提供的岸基近程雷達自動跟蹤處理方法的流程圖；
[0014]圖2是圖1中步驟SlOl的優選流程圖；
[0015]圖3是圖1中步驟S102的優選流程圖；
[0016]圖4是圖1中步驟S103的優選流程圖；
[0017]圖5是本發明第二實施例提供的岸基近程雷達自動跟蹤處理計算機的結構圖；
[0018]圖6是目標檢測模塊的結構圖；
[0019]圖7是聚類處理模塊的結構圖；
[0020]圖8是目標跟蹤模塊的結構圖。
【具體實施方式】
[0021]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0022]為了說明本發明所述的技術方案，下面通過具體實施例來進行說明。
[0023]實施例一:
[0024]圖1示出了本發明實施例提供的岸基近程雷達自動跟蹤處理方法的流程，為了便於說明僅示出了與本發明實施例相關的部分。
[0025]本實施例提供的雷達自動跟蹤處理方法包括下述步驟:
[0026]步驟S101、統計生成雜波圖，將接收到的雷達信號與所述雜波圖進行比較，檢測出動態目標；
[0027]步驟S102、通過方位分區以及距離分段快速聚類，將多個關聯的點合併生成一個聚類點；
[0028]步驟S103、若聚類點可與穩定航跡進行關聯，則更新穩定航跡，否則進一步判斷聚類點可否與臨時航跡進行關聯，若可以關聯則更新臨時航跡，否則將未關聯上的穩定航跡和臨時航跡上的所有點存放於臨時列表。
[0029]具體的,如圖2所示,上述步驟SlOl具體包括:
[0030]S201、根據在雷達徑向的採樣點數以及在雷達切向的方位角數劃分對應大小的緩存區。
[0031]由於雷達對回波信號連續採樣1000個點，雷達天線旋轉一周分為3600個方位角，所以雷達旋轉一圈將接收到360萬個數據，在計算機上開闢3600X1000位元組大小的緩存區。
[0032]S202、在接收到的雷達回波信號中，將大於門限值的信號點記入所述緩存區並累計一定時間周期，統計生成雜波圖。
[0033]將接收到的雷達回波信號放入緩存區，所述時間周期等於掃描周期乘以掃描圈數，假設累計雷達掃描10圈的數據，得到回波信號統計圖，將統計數小於門限值的信號點丟棄在雜波圖上標記為0，大於門限值的信號點保留下來在雜波圖上標記為1，生成二值的雜波圖。雷達掃描周期為2.5秒，所述雜波圖每隔所述時間周期(2.5秒X 10圈=25秒)進行更新，將下一時間周期的數據重新累積生成新的雜波圖，這樣不斷更新形成動態雜波圖。
[0034]S203、將當前接收到的雷達信號與所述雜波圖進行比較，刪除處於雜波區域的信號點，保留非雜波區的信號點，檢測出動態目標。
[0035]將接收到的雷達信號與雜波圖相比較，處於雜波區域的信號點被刪除，其他區域的信號點則保留下來，對於靜止目標，由於其位置靜止不動，與地形雜波一樣被抵消，動態目標位置時刻變化，因此不能被抵消。因此通過比較後，可以分離出動態目標，實現動目標的檢測。
[0036]具體的，如圖3所示，上述步驟S102包括:
[0037]S301、將以雷達為圓心的探測掃描區域均分為若干扇形子區域。
[0038]假如對雷達掃描一周的所有信號點通過計算點間距離方法直接比較，須進行多次的平方及開方運算，計算量巨大，耗時很長，無法滿足實時跟蹤要求，在實際應用過程中，為了提高聚類速度， 根據動目標形狀固定和尺寸有限的特點，先將探測區域均分為10個子區域，每個子區域為36度角的扇形區域。
[0039]S302、判斷檢測到的信號點是否處於相同子區域；
[0040]S303、若處於同一子區域，則計算兩個信號點方位角的角度差。
[0041]本步驟中，判斷檢測到的信號點是否處於相同子區域內，若處於不同的子區域，則保留到下一個子區域再進行比較。若處於同一子區域，則計算兩個信號點方位角的角度差δ θ = I 0 2- θ I I。
[0042]S304、當所述角度差小於角度差粗門限時，計算這兩個信號點離雷達的半徑差，並判斷是否小於半徑差粗門限，大於粗門限的兩個點不進行關聯；
[0043]在雷達徑向方向上判斷兩個信號點的半徑差5r = |r2-rj是否超出半徑差粗門限。
[0044]S305、小於粗門限的兩個點則計算這兩個點的空間距離，並且空間距離小於距離細門限的兩個點相關聯，大於細門限的兩個點則不關聯。
[0045]經過粗門限判斷關聯上的兩個信號點(xl，yl)和(x2，y2)，準確計算出兩點距離
【權利要求】
1.一種岸基近程雷達自動跟蹤處理方法，其特徵在於，所述方法包括: 統計生成雜波圖，將接收到的雷達信號與所述雜波圖進行比較，檢測出動態目標； 通過方位分區以及距離分段快速聚類，將多個關聯的點合併生成一個聚類點； 若聚類點可與穩定航跡進行關聯，則更新穩定航跡，否則進一步判斷聚類點可否與臨時航跡進行關聯，若可以關聯則更新臨時航跡，否則將未關聯上的穩定航跡和臨時航跡上的所有點存放於臨時列表。
2.如權利要求1所述方法，其特徵在於，所述統計生成雜波圖，將接收到的雷達信號與所述雜波圖進行比較，檢測出動態目標步驟，具體包括: 根據雷達對回波信號的採樣點數以及雷達天線轉動的方位角數劃分對應大小的緩存區； 在接收到的雷達信號中，將強度大於門限值的信號點記入所述緩存區並累計一定時間周期，統計生成雜波圖； 將當前接收到的雷達信號與所述雜波圖進行比較，刪除處於雜波區域的信號，保留非雜波區的信號點，檢測出動態目標。
3.如權利要求2所述方法，其特徵在於，所述雜波圖每隔所述時間周期進行更新，不斷生成新的雜波圖。
4.如權利要求1-3任一項所述方法，其特徵在於，所述通過方位分區以及距離分段快速聚類，將多個關聯的點合併生成一個聚類點步驟，具體包括: 將以雷達為圓心的探測掃描區域均分為若干扇形子區域； 判斷檢測到的信號點是否處於相同子區域； 若處於同一子區域，則計算兩個信號點方位角的角度差； 當所述角度差小於角度差粗門限時，計算這兩個信號點離雷達的半徑差，並判斷是否小於半徑差粗門限，大於粗門限的兩個點不進行關聯； 小於粗門限的兩個點則計算這兩個點的空間距離，並且空間距離小於距離細門限的兩個點相關聯，大於細門限的兩個點則不關聯； 將多個關聯的信號點進行聚類生成一個目標點，計算出關聯點的質心，該質心為目標點位置，替代所有關聯的信號點。
5.如權利要求4所述方法，其特徵在於，所述若聚類點可與穩定航跡進行關聯，則更新穩定航跡，否則進一步判斷聚類點可否與臨時航跡進行關聯，若可以關聯則更新臨時航跡，否則將未關聯上的穩定航跡和臨時航跡上的所有點存放於臨時列表，具體步驟包括: 若聚類點可與穩定航跡進行關聯，將聚類後新點與穩定航跡的前一時刻卡爾曼濾波點進行距離比較判斷，小於航跡波門的點作為該航跡的新測量點，用勻速卡爾曼濾波進行濾波處理，得到該航跡新時刻的濾波點，同時加權計算出穩定航跡新時刻的航向和航速；將未能關聯上穩定航跡的點與臨時航跡進行關聯，先與三點的臨時航跡進行關聯，小於航跡波門的點作為該臨時航跡的新測量點，同時將該臨時航跡升級轉變為穩定航跡，且分配新的航跡編號，未能關聯上的點再與兩點的臨時航跡進行關聯，小于波門的點加入該臨時航跡成為三點的臨時航跡； 將未能關聯上臨時航跡的點與雷達上一圈中未關聯點進行關聯，假如兩點的空間距離小於目標最大運動速度與雷達掃描周期的乘積，且大於目標最小運動速度與雷達掃描周期的乘積，則將這兩點轉移到臨時航跡列表中，生成新兩點的臨時航跡； 將未關聯上穩定航跡和臨時航跡的所有點存放入臨時列表中，與下一圈未關聯的所有點進行比較，假如兩點在空間距離上滿足條件則形成臨時航跡，不滿足條件則丟棄這些未關聯的點； 當雷達跨圈時必須對所有穩定航跡進行檢查，假如穩定航跡未能關聯到新點，則用卡爾曼濾波算法進行預測外推，用預測點代替測量點加入穩定航跡，並累加預測點的數量，當累加數超過門限時，則認為該穩定航跡消失並從穩定航跡列表中刪除，相反，穩定航跡關聯到新點時，累加數清零； 當雷達跨圈時同樣對所有臨時航跡進行檢查，假如臨時航跡未關聯到新點，將該臨時航跡直接從臨時航跡列表中刪除。
6.一種岸基近程雷達自動跟蹤處理計算機，其特徵在於，所述計算機包括: 目標檢測模塊，用於統計生成雜波圖，將接收到的雷達信號與所述雜波圖進行比較，檢測出動態目標； 雙重聚類處理模塊，用於通過方位分區以及距離分段快速聚類，將多個關聯的點合併生成一個聚類點； 目標跟蹤模塊，用於若聚類點可與穩定航跡進行關聯，則更新穩定航跡，否則進一步判斷聚類點可否與臨時航跡進行關聯，若可以關聯則更新臨時航跡，否則將所有未能關聯上的穩定航跡和臨時航跡的點存放於臨時列表。
7.如權利要求6所述計算機，其特徵在於，所述目標檢測模塊包括: 緩存區劃分單元，用於根據雷達對回波信號的採樣點數以及雷達天線轉動的方位角數劃分對應大小的緩存區； 雜波圖生成單元，用於在接收到的雷達信號中，將強度大於門限值的信號點記入所述緩存區並累計一定時間周期，統計生成雜波圖； 目標檢測單元，用於將當前接收到的雷達信號與所述雜波圖進行比較，刪除處於雜波區域的信號點，保留非雜波區的信號點，檢測出動態目標。
8.如權利要求7所述計算機，其特徵在於，所述雜波圖生成單元每隔所述時間周期進行更新，不斷生成新的雜波圖。
9.如權利要求6-8任一項所述計算機，其特徵在於，所述雙重聚類處理模塊包括: 區域劃分單元，用於將以雷達為圓心的探測掃描區域均分為若干扇形子區域； 信號點判斷單元，用於判斷檢測到的信號點是否處於相同子區域； 粗門限比較單元，用於當檢測到的信號點處於同一子區域時，計算兩個信號點方位角的角度差，當所述角度差小於角度差粗門限時，計算這兩個信號點離雷達的半徑差，並判斷是否小於半徑差粗門限，小於粗門限的兩個點進行下一單元處理； 細門限比較單元，用於計算小於粗門限的兩個點的空間距離，並且將空間距離小於距離細門限的兩個點相關聯，小於細門限的兩個點進行下一單元處理； 聚類處理單元，用於將多個關聯的信號點進行聚類生成一個目標點，計算出關聯點的質心，該質心即為目標點位置，替代所有關聯的信號點。
10.如權利要求9所述計算機，其特徵在於，所述目標跟蹤模塊包括: 穩定航跡更新單元，用於若聚類點可與穩定航跡進行關聯，將聚類新點與穩定航跡的卡爾曼濾波點進行比較判斷，小於航跡波門的點作為該航跡的新測量點，同時用勻速卡爾曼濾波進行濾波處理，得到該航跡新時刻的濾波點，並加權平均計算出新時刻的航向和航速； 臨時航跡更新單元，用於將未能關聯上穩定航跡的點與臨時航跡進行關聯，先與三點的臨時航跡進行關聯，小於航跡波門的點作為該臨時航跡的新測量點，同時將該臨時航跡升級轉變為穩定航跡，且分配新的航跡編號，未能關聯上的點再與兩點的臨時航跡進行關聯，小于波門的點加入該臨時航跡成為三點的臨時航跡； 航跡處理單元，用於未能關聯上臨時航跡的點與上一圈中未關聯點進行關聯，假如兩點的空間距離小於目標最大運動速度與掃描周期的乘積，且大於目標最小運動速度與掃描周期的乘積，則將這兩點轉移到臨時航跡列表中，生成新兩點的臨時航跡；以及用於將未關聯上穩定航跡和臨時航跡的所有點存放入臨時列表中，與下一圈未關聯的所有點進行比較，假如兩點在距離上滿足條件則形成臨時航跡，不滿足條件則丟棄這些未關聯的點；還用於當雷達跨圈時對穩定航跡進行檢查，假如穩定航跡未關聯到新點，用卡爾曼濾波算法進行預測外推，用預測點代替測量點加入穩定航跡，並累計預測點的數量，當累計數超過門限時，則認為該穩定航跡消失並從穩定航跡列表中刪除；以及用於當雷達跨圈時對臨時航跡進行檢查，假如臨時航 跡未關聯到新點，將該臨時航跡從臨時航跡列表中刪除。
【文檔編號】G01S13/72GK103926583SQ201410184686
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月4日 優先權日:2014年5月4日
【發明者】桑成偉, 徐毓, 姜向宏, 蔡澤彬 申請人:中國人民解放軍空軍預警學院監控系統工程研究所