CN104898103A - 基于多通道杂波图的低速目标检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于多通道杂波图的低速目标检测方法，主要解决现有技术中回波较弱情况下低速目标检测性能差的问题。其实现步骤：1)根据雷达多圈扫描数据建立多通道杂波图；2)雷达进行下一圈扫描后，收到该圈的数据；3)根据雷达中该圈扫描数据和多圈扫描数据建立的杂波图进行超杂波检测，得到初始检测结果；4)对多圈扫描建立的杂波图进行更新；5)雷达进行下一圈扫描，收到下一圈扫描数据；6)根据下一圈扫描数据和更新后的杂波图进行超杂波检测，得到最终的检测结果。本发明通过建立多通道杂波图，将目标能量集中在一个多普勒通道，减少了在目标回波较弱时造成的漏警，提高了低速目标检测性能，可用于改善对回波信号较弱情况下的低速目标检测性能。

Description

基于多通道杂波图的低速目标检测方法

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体的说是一种低速目标检测方法，可用于回波较弱情况下检测低速目标。

背景技术

随着雷达技术进一步发展，对雷达检测目标性能要求越来越高，但是一直以来雷达对于低速目标的检测性能都不太好，这主要是因为低速目标的多普勒频率一般都比较低，接近地杂波的频率，使得目标较难检测。传统的信号处理方法，例如动目标显示MTI和动目标检测MTD，由于MTI滤波器的零频凹口深度不够深、宽度不够窄，滤波之后会使得低速目标的信噪比有损失，而MTD滤波之后做恒虚警检测会因为杂波太强而虚警，因此传统的信号处理方法很难检测到这类目标。为了能够改善对于这类低速目标的检测能力，提出了超杂波检测的方法。传统超杂波检测一般分为两个支路：一个是正常检测支路，一个是恒虚警检测支路。正常检测支路先根据杂波的强度建立杂波图，然后以杂波图为门限来对目标进行检测。这种方法在目标回波较强时可以改善低速目标检测性能，但是在回波较弱时，杂波剩余会湮没目标回波造成漏警，限制了系统对低速目标的检测性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于多通道杂波图的超杂波检测方法，通过利用目标回波的多普勒信息建立多通道杂波图，使得目标能量集中在一个多普勒通道中，以减少低速目标在回波较弱时造成的漏警，提高了低速目标的检测性能。

实现本发明目的的技术方案包括如下步骤：

(1)根据雷达扫描范围和波束宽度，确定雷达方位个数N和方位指向：θ₁,θ₂,...θ_n,...θ_N,n＝1,2,...,N；

(2)在雷达进行m圈扫描后，建立各个方位指向的多通道杂波图m≥10；

(3)雷达进行第m+1圈扫描，得到各个方位指向上的扫描数据

(4)根据m圈扫描建立的杂波图和第m+1圈的扫描数据对第m+1圈进行超杂波检测，得到初始检测结果；

(5)对m圈扫描建立的杂波图进行更新，得到更新后的杂波图

其中W为杂波图更新系数，其值可由雷达工作环境和实验确定；

(6)雷达进行第m+2圈扫描，得到各个方位指向上的扫描数据

(7)根据更新后的杂波图和第m+2圈扫描数据对第m+2圈进行超杂波检测，得到最终检测结果。

本发明由于在传统超杂波检测的基础上，引入了多通道杂波图，这种杂波图相比普通杂波图杂波信息更全面，从而将目标能量集中在一个多普勒通道中，然后再对每个通道进行超杂波检测，减少了在目标回波较弱时造成的漏警，提高了低速目标的检测性能。

附图说明

图1是本发明实现流程图；

图2是传统超杂波检测中正常检测支路图；

图3是传统超杂波检测中恒虚警检测支路图；

图4是本发明中的四个通道杂波图；

图5是用本发明对目标信息的仿真检测图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例及效果作进一步详述。

参照图1，本发明的实现步骤如下：

步骤1：根据雷达扫描范围α和波束宽度β，通过得到雷达的方位个数N，其中是向下取整函数，再通过θ_n＝n·β,n＝1,2,...,N,得到各个方位指向:θ₁,θ₂,...θ_n,...θ_N。

步骤2：在雷达进行m圈扫描后，建立各个方位指向的多通道杂波图

(2a)雷达进行第一圈扫描，在各个方位指向上收到回波数据该回波数据是k行l列的矩阵，k是每个方位指向上的回波脉冲个数，l是一个回波脉冲内的采样点数；再将回波数据进行脉冲压缩得到脉冲压缩之后的一次回波数据

(2b)对脉冲压缩之后的一次回波数据的每一列进行k个点的快速傅里叶变换，得到变换后的一次回波数据

(2c)雷达进行下一圈扫描，在各个方位指向上收到回波数据再将该回波数据进行脉冲压缩得到脉冲压缩之后的二次回波数据对脉冲压缩之后的二次回波数据的每一列进行k个点的快速傅里叶变换，得到变换后的二次回波数据

(2d)根据步骤(2b)和步骤(2c)的结果，在同一方位指向上对杂波图积累，得到两圈扫描后积累的杂波图： $R_{2,{\mathrm{\θ}}_n}=0.5R_{1,{\mathrm{\θ}}_n}+0.5R_{{\mathrm{\θ}}_n};$

(2e)重复上述步骤(2c)共m-1次，得到m圈扫描后在θ_n方向上积累的杂波图 $R_{m,{\mathrm{\θ}}_n}=0.5R_{m-1,{\mathrm{\θ}}_n}+0.5R_{{\mathrm{\θ}}_n},$ 其中m≥10。

步骤3:雷达进行第m+1圈扫描，得到各个方位指向上的扫描数据

雷达进行第m+1圈扫描，在各个方位指向上收到回波数据再将回波数据进行脉冲压缩得到脉冲压缩之后的回波数据对该回波数据的每一列进行k个点的快速傅里叶变换，得到变换后的回波数据

步骤4：根据m圈扫描建立的杂波图和第m+1圈的扫描数据对第m+1圈进行超杂波检测，得到初始检测结果。

(4a)根据m圈扫描建立的杂波图和第m+1圈的扫描数据计算得到第m+1圈的剩余杂波： $S_{m+1,{\mathrm{\θ}}_n}\left(i\right)=|Y_{m+1,{\mathrm{\θ}}_n}\left(i\right)-R_{m,{\mathrm{\θ}}_n}\left(i\right)|,i=1,2,...,l;$

(4b)根据第m+1圈的剩余杂波计算得到检测门限

其中g是距离单元数，其值为16；

(4c)根据第m+1圈的剩余杂波和相应的检测门限判断是否检测到目标：若则判定雷达在第i个距离单元检测到目标,否则，判定雷达未检测到目标，其中h是门限因子，2≤h≤6。

步骤5:对m圈扫描建立的杂波图进行更新，得到更新后的杂波图

(5a)选取更新系数W：雷达进行m圈扫描建立杂波图后在下一圈检测前需要对杂波图进行更新，杂波图更新系数的选取原则上要兼顾快起伏杂波与慢起伏杂波，选得过小，不能迅速响应快起伏杂波，选得过大，慢起伏杂波的虚警变化太大，其值通过雷达工作环境和实验确定，本实例选取更新系数为W＝0.875；

(5b)利用更新系数W为对杂波图更新，得到更新后的杂波图：

$R_{m+1,{\mathrm{\θ}}_n}=(1-W)\·Y_{{\mathrm{\θ}}_n}+W\·R_{m,{\mathrm{\θ}}_n}.$

步骤6：雷达进行第m+2圈扫描，得到各个方位指向上的扫描数据

雷达在进行第m+1圈扫描后再进行第m+2圈扫描，在各个方位指向上收到本次扫描的回波数据再将该回波数据进行脉冲压缩得到脉冲压缩之后的回波数据对该回波数据的每一列进行k个点的快速傅里叶变换，得到第m+2圈扫描变换后的回波数据

步骤7:根据更新后的杂波图和第m+2圈扫描回波数据对第m+2圈进行超杂波检测，得到最终检测结果。

(7a)根据更新后的杂波图和第m+2圈的扫描数据计算得到第m+2圈的剩余杂波： $S_{m+2,{\mathrm{\θ}}_n}\left(i\right)=|Y_{m+2,{\mathrm{\θ}}_n}\left(i\right)-R_{m+1,{\mathrm{\θ}}_n}\left(i\right)|,i=1,2,...,l;$

(7b)根据第m+2圈的剩余杂波计算得到检测门限

其中g是距离单元数，其值为16；

(7c)根据第m+2圈的剩余杂波和相应的检测门限判断是否检测到目标：若则判定雷达在第i个距离单元检测到目标,否则，判定雷达未检测到目标，其中h是门限因子，2≤h≤6。

本发明的效果可通过以下仿真进一步说明：

1)仿真条件：

设杂波图积累圈数m＝10，波长λ＝0.4m，发射信号时宽τ＝40us，带宽B＝2MHz，采样频率f_s＝4MHz，脉冲重复周期T＝400us，信噪比SNR＝0db，杂噪比CNR＝50db，脉冲数N＝32，目标距离D＝4800m，目标速度V＝45m/s，目标功率P＝1.5，杂波为瑞利杂波，杂波图更新系数W＝0.875，杂波区为180个距离单元，门限因子h＝4。

2)仿真内容与结果：

仿真1，对传统超杂波检测中正常检测支路的剩余杂波进行仿真，结果是图2。

由图2可以看出：目标所在距离单元附近由于剩余杂波太强，目标完全湮没在其中，无法检测出该目标。

仿真2，对传统超杂波检测中恒虚警检测支路的检测性能仿真，结果是图3，其中实线是信号幅度，虚线是横虚警检测门限。

由图3可以看出：目标所在距离单元恒虚警门限值高于目标信号幅度，无法检测出该目标。

仿真3，对本发明的多通道杂波图进行仿真，其中通道0到通道4的杂波图结果如图4。

由图4可以看出：这四个通道前面部分距离单元杂波很强，属于杂波区，后面距离单元杂波较弱；在相同距离单元上，后面通道的杂波相比前面通道会弱一些。

仿真4，对本发明中多通道杂波图检测性能仿真，目标所在通道的检测结果如图5，其中实线是信号幅度，虚线是检测门限值。

由图5可以看出：此时剩余杂波较弱，在目标所处距离单元，目标信号幅度值高于检测门限值，可以检测到该目标。

综上，本发明优于传统的超杂波检测，能够有效地改善对于低速目标的检测性能。

Claims (3)

1.一种基于多通道杂波图的低速目标检测方法，包括如下步骤：

(1)根据雷达扫描范围和波束宽度，确定雷达方位个数N和方位指向：θ₁,θ₂,...θ_n,...θ_N,n＝1,2,...,N；

(2)在雷达进行m圈扫描后，建立各个方位指向的多通道杂波图

(3)雷达进行第m+1圈扫描，得到各个方位指向上的扫描数据

(4)根据m圈扫描建立的杂波图和第m+1圈的扫描数据对第m+1圈进行超杂波检测，得到初始检测结果；

(5)对m圈扫描建立的杂波图进行更新，得到更新后的杂波图

$R_{m+1,{\mathrm{\θ}}_n}=(1-W)\·Y_{{\mathrm{\θ}}_n}+W\·R_{m,{\mathrm{\θ}}_n},$

其中W为杂波图更新系数，其值可由雷达工作环境和实验确定；

(6)雷达进行第m+2圈扫描，得到各个方位指向上的扫描数据

(7)根据更新后的杂波图和第m+2圈扫描数据对第m+2圈进行超杂波检测，得到最终检测结果。

2.根据权利要求1所述方法，其中所述步骤(2)中在雷达进行m圈扫描后，建立各个方位指向的多通道杂波图按如下步骤进行：

(2a)雷达进行第一圈扫描，在各个方位指向上得到已脉冲压缩后的一次回波数据该回波数据是一个k行l列的矩阵，k是每个方位指向上的回波脉冲个数，l是一个回波脉冲内的采样点数；

(2b)对一次回波数据的每一列进行k个点的快速傅里叶变换，得到变换后的一次回波数据

(2c)雷达进行下一圈扫描，在各个方位指向上得到已脉冲压缩后的二次回波数据对每一列进行k个点的快速傅里叶变换，得到变换后的二次回波数据

(2d)根据步骤(2b)和步骤(2c)的结果，在同一方位指向上对杂波图积累，得到两圈扫描后积累的杂波图： $R_{2,{\mathrm{\θ}}_n}=0.5R_{1,{\mathrm{\θ}}_n}+0.5R_{{\mathrm{\θ}}_n};$

(2e)重复上述步骤(2c)共m-1次，得到m圈扫描后积累的杂波图

$R_{m,{\mathrm{\θ}}_n}=0.5R_{m-1,{\mathrm{\θ}}_n}+0.5R_{{\mathrm{\θ}}_n}.$

3.根据权利要求1所述方法，其中所述步骤(4)中对第m+1圈进行超杂波检测，得到第一圈检测结果，按如下步骤进行：

(4a)根据m圈扫描建立的杂波图和第m+1圈的扫描数据计算得到第m+1圈的剩余杂波： $S_{m+1,{\mathrm{\θ}}_n}\left(i\right)=|Y_{m+1,{\mathrm{\θ}}_n}\left(i\right)-R_{m,{\mathrm{\θ}}_n}\left(i\right)|,i=1,2,...,l;$

(4b)根据第m+1圈的剩余杂波计算得到检测门限

$T_{m+1,{\mathrm{\θ}}_n}\left(i\right)=\frac{1}{g}\underset{(i-1)\·g}{\overset{i\·g}{\Σ}}{S}_{m+1,{\mathrm{\θ}}_n}\left(i\right),$

其中g是距离单元数，其值为16；

(4c)根据第m+1圈的剩余杂波和相应的检测门限判断是否检测到目标：若则判定雷达在第i个距离单元检测到目标,否则，判定雷达未检测到目标，其中h是门限因子，2≤h≤6。