CN106054150B - 一种先起始后确认的雷达航迹起始方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于雷达技术领域，公开了一种先起始后确认的雷达航迹起始方法，主要解决现有雷达系统的目标航迹起始概率较低的问题。包括：1)设定检测判决虚警概率并确定检测门限，通过对回波信号处理，形成检测统计量和量测数据；2)根据量测数据，按照航迹起始准则建立初始航迹；3)令航迹确认窗长初值等于航迹起始窗长；4)计算第m个初始航迹在航迹确认窗内的虚假点迹概率和虚假航迹概率；5)根据第m个初始航迹的虚假航迹概率，确认是否为目标航迹；若满足航迹终结准则，则撤销该航迹；若该航迹既未被确认又未被撤销，则航迹确认窗长加1并返回步骤4)；6)遍历所有初始航迹。本发明与现有航迹起始方法相比，可提高目标航迹起始概率。

Description

一种先起始后确认的雷达航迹起始方法
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种先起始后确认的雷达航迹起始方法，具体的说是一种首先以高概率建立初始航迹，然后再进行航迹确认的方法，可用于提高雷达系统的目标航迹起始性能。
背景技术
航迹起始是目标跟踪技术中的一个重要组成部分，其目的是希望目标进入雷达监视区域之后能尽快建立目标航迹。另一方面，还要避免虚假点迹过多而造成虚假航迹的出现。从工程实现来看，航迹起始是根据传感器测量值建立初始航迹并判断航迹是否源于一个真实目标的过程。
航迹起始方法按照其数据处理方式的不同，可以分为顺序处理技术和批处理技术两大类：顺序处理技术代表性的算法有直观法、逻辑法等。直观法的处理思想是，通过目标最大速度等信息建立关联波门，若连续N次扫描中超过M次量测数据落入关联波门内，则建立目标航迹。逻辑法的处理思想是，初始关联波门通过目标最大速度等信息建立，后续的关联波门通过航迹预测外推得到，最后若连续N次扫描中超过M次存在量测数据落入关联波门内，则建立目标航迹。顺序处理技术具有较低的计算量，适用于背景杂波较弱的情况。批处理技术代表性的算法有Hough变换法及其改进算法，其主要思想是通过将多次扫描得到的回波数据联合处理，利用Hough变换来实现回波信号的非相干积累，从而提高航迹起始性能。批处理技术适用于强杂波背景的情况，但由于计算量较大、实时性较弱，常用做离线处理，工程上使用较少。
从现有工程应用来说，采用较多的仍然是计算量较小的顺序处理技术。为降低虚假航迹数量，顺序处理技术通常设定较低的虚警概率，例如典型取值10-6，然而较低的虚警概率将使得目标检测概率较低，从而造成航迹起始性能较差。为提升雷达航迹起始性能，一种最直接的方法是提高雷达系统的虚警概率以获得较低的检测门限，从而保证目标点迹的输出，但是该方法将会引入过多虚假航迹，甚至会导致系统饱和。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种先起始后确认的雷达航迹起始方法，通过利用检测统计量信息，在保证较低虚假航迹水平的前提下，提高目标航迹起始概率。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案予以实现。
一种先起始后确认的雷达航迹起始方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，设定雷达采用的目标检测算法，确定该目标检测算法对应的检测统计量的概率密度函数，从而得到检测判决虚警概率与检测门限之间的函数关系；
步骤2，设定实际检测判决虚警概率，从而根据检测判决虚警概率与检测门限之间的函数关系，确定实际检测门限；
步骤3，获取第k-NI+1时刻到第k时刻的雷达回波信号，根据雷达回波信号形成多个用于目标检测判决的检测统计量；并将每个检测统计量与所述实际检测门限进行比较，得到大于所述实际检测门限的所有检测统计量；从而得到第k-NI+1时刻到第k时刻的量测数据，所述量测数据为大于所述实际检测门限的检测统计量对应的量测数据，所述量测数据至少包含距离信息和角度信息；其中，k≥NI，NI表示航迹起始窗长；
步骤4，根据所述第k-NI+1时刻到第k时刻的量测数据，采用航迹起始准则建立初始航迹，得到M个初始航迹，M为大于等于1的自然数；
步骤5，对于第m个初始航迹，令航迹确认窗长NC＝NI，km＝k，m初值为1，m＝1，...，M；
步骤6，获取第m个初始航迹第i时刻量测数据对应的波位号lb，i和距离单元号lr，i，根据第lb，i个波位、第lr，i个距离单元对应的检测统计量ξm，i，计算第m个初始航迹第i时刻量测数据对应的虚假点迹概率，i取值为i＝km-NC+1，km-NC+2，...，km；
步骤7，重复执行步骤6，得到第m个初始航迹第km-NCx1时刻至第km时刻量测数据对应的虚假点迹概率，并根据所述第m个初始航迹第km-NC+1时刻至第km时刻量测数据对应的虚假点迹概率，得到第m个初始航迹第km时刻的虚假航迹概率Pf，m；
步骤8，设定目标航迹确认门限PFT，若所述第m个初始航迹第km时刻的虚假航迹概率Pf，m≤PFT，则将第m个初始航迹确定为目标航迹，并转至步骤10；若所述第m个初始航迹第km时刻的虚假航迹概率Pf，m＞PFT，则转至步骤9；
步骤9，对所述第m个初始航迹采用航迹终结准则，若第m个初始航迹不满足航迹终结准则，则令km加1，NC加1，并采用目标跟踪算法建立第m个初始航迹第km时刻的关联预测区域，然后利用数据关联算法选取所述关联预测区域中与第m个初始航迹关联度最高的量测数据，并返回步骤6；
步骤10，令m加1，并返回步骤5，直到完成M个初始航迹第k时刻的目标航迹确认过程。
本发明相比现有技术的有益效果：(1)本发明的检测判决虚警概率比传统雷达航迹起始方法的检测判决虚警概率高，因此能够以更高的概率建立目标初始航迹；(2)本发明通过利用检测统计量信息，可以获得更低虚假航迹概率，因此在与传统航迹起始方法具有相同的虚假航迹水平条件下，可以获得更高的目标航迹起始概率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种先起始后确认的雷达航迹起始方法的流程示意图；
图2为本发明提供的航迹起始方法与传统航迹起始方法的航迹起始概率对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种先起始后确认的雷达航迹起始方法，参考图1，所述方法包括如下步骤：
步骤1，设定雷达采用的目标检测算法，确定该目标检测算法对应的检测统计量的概率密度函数，从而得到检测判决虚警概率与检测门限之间的函数关系。
步骤1中雷达采用的目标检测算法包括单元平均恒虚警检测算法、顺序统计量恒虚警检测算法、广义似然比检测算法、自适应匹配滤波检测算法中的任意一种，但不限于上述目标检测算法。
步骤1具体为：
设定雷达采用的目标检测算法，得到检测判决虚警概率Pf与检测门限T之间的函数关系，通过下式计算得到：
其中，f(·)表示检测判决虚警概率与检测门限的函数，p(ξ|H0)表示目标检测算法形成的检测统计量ξ在目标不存在时的假设H0条件下的概率密度函数。
单元平均恒虚警检测算法的检测统计量形式为：
其中，x表示检测单元的雷达回波信号，yj表示雷达回波信号x周围第j个参考单元的雷达回波信号，Nr表示参考单元个数。
单元平均恒虚警检测算法的检测判决虚警概率Pf与检测门限T之间的函数关系为
步骤2，设定实际检测判决虚警概率从而根据检测判决虚警概率与检测门限之间的函数关系，确定实际检测门限。
该检测判决虚警概率高于传统雷达航迹起始方法的检测判决虚警概率，并通过下式计算检测判决虚警概率为时对应的检测门限T1：
其中，f-1(·)为函数f(·)的反函数。
步骤3，获取第k-NI+1时刻到第k时刻的雷达回波信号，根据雷达回波信号形成多个用于目标检测判决的检测统计量；并将每个检测统计量与所述实际检测门限进行比较，得到大于所述实际检测门限的所有检测统计量；从而得到第k-NI+1时刻到第k时刻的量测数据，所述量测数据为大于所述实际检测门限的检测统计量对应的量测数据，所述量测数据至少包含距离信息和角度信息；其中，k≥NI，NI表示航迹起始窗长。
步骤4，根据所述第k-NI+1时刻到第k时刻的量测数据，采用航迹起始准则建立初始航迹，得到M个初始航迹，M为大于等于零的自然数。当M等于零时，即不用继续执行后续步骤。
步骤4中的航迹起始准则为2/2逻辑起始准则，2/3逻辑起始准则、Hough变换起始准则中的任意一种，但不限于上述航迹起始准则。
步骤5，对于第m个初始航迹，令航迹确认窗长NC＝NI，km＝k，m初值为1，m＝1，...，M。
步骤6，获取第m个初始航迹第i时刻量测数据对应的波位号lb，i和距离单元号lr，i，根据第lb，i个波位、第lr，i个距离单元对应的检测统计量ξm，i，计算第m个初始航迹第i时刻量测数据对应的虚假点迹概率，i取值为i＝km-NC+1，km-NC+2，...，km。
步骤6中根据第lb，i个波位、第lr，i个距离单元对应的检测统计量ξm，i，计算第m个初始航迹第i时刻量测数据对应的虚假点迹概率，具体为：
根据第lb，i个波位、第lr，i个距离单元对应的检测统计量ξm，i，按照下式计算第m个初始航迹第i时刻量测数据对应的虚假点迹概率Pf，m，i：
Pf，m，i＝f(ξm，i)，i＝km-NC+1，km-NC+2，...，km
若第m个初始航迹第i时刻没有量测数据，则令Pf，m，i＝1，其中，f(·)表示检测判决虚警概率与检测门限的函数。
步骤7，重复执行步骤6，得到第m个初始航迹第km-NC+1时刻至第km时刻量测数据对应的虚假点迹概率，并根据所述第m个初始航迹第km-NC+1时刻至第km时刻量测数据对应的虚假点迹概率，得到第m个初始航迹第km时刻的虚假航迹概率Pf，m。
步骤7中根据所述第m个初始航迹第km-NC+1时刻至第km时刻量测数据对应的虚假点迹概率，得到第m个初始航迹第km时刻的虚假航迹概率Pf，m为：
按照下式计算第m个初始航迹第km时刻的虚假航迹概率Pf，m：
其中，Pf，m，i为第m个初始航迹第i时刻量测数据对应的虚假点迹概率，Π表示求乘积符号。
步骤8，设定目标航迹确认门限PFT，若所述第m个初始航迹第km时刻的虚假航迹概率Pf，m≤PFT，则将第m个初始航迹确定为目标航迹，并转至步骤10；若所述第m个初始航迹第km时刻的虚假航迹概率Pf，m＞PFT，则转至步骤9。
步骤9，对所述第m个初始航迹采用航迹终结准则，若第m个初始航迹不满足航迹终结准则，则令km加1，NC加1，并采用目标跟踪算法建立第m个初始航迹第km时刻的关联预测区域，然后利用数据关联算法选取所述关联预测区域中与第m个初始航迹关联度最高的量测数据，并返回步骤6。
步骤9中采用的航迹终结准则为序列概率比检验准则、贝叶斯终结准则、逻辑终结准则、基于虚假航迹概率的航迹终结准则中的任意一种，但不限于上述航迹终结准则。
步骤9中当采用的航迹终结准则为基于虚假航迹概率的航迹终结准则时，设定虚假航迹确认门限PFF，其中虚假航迹确认门限PFF的取值需满足PFF＞PFT，其中PFT为目标航迹确认门限；若第m个初始航迹第km时刻的虚假航迹概率Pf，m满足Pf，m之PFF，则终结该初始航迹。
步骤10，令m加1，并返回步骤5，直到完成M个初始航迹第k时刻的目标航迹确认过程。
本发明相比现有技术的有益效果：(1)本发明的检测判决虚警概率比传统雷达航迹起始方法的检测判决虚警概率高，因此能够以更高的概率建立目标初始航迹；(2)本发明通过利用检测统计量信息，可以获得更低虚假航迹概率，因此在与传统航迹起始方法具有相同的虚假航迹水平条件下，可以获得更高的目标航迹起始概率。
本发明的效果通过以下仿真对比试验进一步说明：
1.实验场景：设目标服从Swerling I类起伏模型，目标检测方法为单元平均恒虚警检测方法，参考单元个数为20，保护单元个数为4；设航迹起始方法为2/2逻辑起始方法，对应的航迹起始窗长为2；设传统雷达航迹起始方法的虚警概率为10-6；设本发明方法的虚警概率为10-2，以保证目标航迹能够以较高概率起始；对应传统雷达航迹起始方法的虚假航迹水平，本发明的目标航迹确认门限为PFT＝10-6×10-6＝10-12；虚假航迹确认门限为PFF＝10-6。
2.仿真内容：
采用以上实验场景，利用传统的雷达航迹起始方法和本发明方法，给定两扫描周期的雷达回波信号进行目标航迹起始，对两种方法的目标航迹起始概率进行仿真对比，经过10000次蒙特卡洛仿真后，结果如图2。
3.实验结果分析：
通过图2可以看出，本发明所提方法与传统雷达航迹起始方法相比，可以获得更高的目标航迹起始概率。在目标航迹起始概率为0.5的条件下，传统方法所需的信噪比为17.48dB，而所提方法所需的信噪比为14.49dB，所提方法所需的信噪比降低了2.99dB。因此，在与传统雷达航迹起始方法具有相同虚假航迹水平的条件下，所提方法仍然能够以较高的概率起始目标航迹，也就意味着目标航迹起始速度的提升。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种先起始后确认的雷达航迹起始方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，设定雷达采用的目标检测算法，确定该目标检测算法对应的检测统计量的概率密度函数，从而得到检测判决虚警概率与检测门限之间的函数关系；
步骤2，设定实际检测判决虚警概率，从而根据检测判决虚警概率与检测门限之间的函数关系，确定实际检测门限；
步骤3，获取第k-NI+1时刻到第k时刻的雷达回波信号，根据雷达回波信号形成多个用于目标检测判决的检测统计量；并将每个检测统计量与所述实际检测门限进行比较，得到大于所述实际检测门限的所有检测统计量；从而得到第k-NI+1时刻到第k时刻的量测数据，所述量测数据为大于所述实际检测门限的检测统计量对应的量测数据，所述量测数据至少包含距离信息和角度信息；其中，k≥NI，NI表示航迹起始窗长，k为自然数；
步骤4，根据所述第k-NI+1时刻到第k时刻的量测数据，采用航迹起始准则建立初始航迹，得到M个初始航迹，M为大于等于1的自然数；
步骤5，对于第m个初始航迹，令航迹确认窗长NC＝NI，km＝k，m初值为1，m＝1，..，M；
步骤6，获取第m个初始航迹第i时刻量测数据对应的波位号lb，i和距离单元号lr，i，根据第lb，i个波位、第lr，i个距离单元对应的检测统计量ξm，i，计算第m个初始航迹第i时刻量测数据对应的虚假点迹概率，i取值为i＝km-NC+1，km-NC+2，…，km；
步骤7，重复执行步骤6，得到第m个初始航迹第km-NC+1时刻至第km时刻量测数据对应的虚假点迹概率，并根据所述第m个初始航迹第km-NC+1时刻至第km时刻量测数据对应的虚假点迹概率，得到第m个初始航迹第km时刻的虚假航迹概率Pf，m；
步骤8，设定目标航迹确认门限PFT，若所述第m个初始航迹第km时刻的虚假航迹概率Pf，m≤PFT，则将第m个初始航迹确定为目标航迹，并转至步骤10；若所述第m个初始航迹第km时刻的虚假航迹概率Pf，m＞PFT，则转至步骤9；
步骤9，对所述第m个初始航迹采用航迹终结准则，若第m个初始航迹不满足航迹终结准则，则令km加1，NC加1，并采用目标跟踪算法建立第m个初始航迹第km时刻的关联预测区域，然后利用数据关联算法选取所述关联预测区域中与第m个初始航迹关联度最高的量测数据，并返回步骤6；
步骤10，令m加1，并返回步骤5，直到完成M个初始航迹第k时刻的目标航迹确认过程。
2.根据权利要求1所述的一种先起始后确认的雷达航迹起始方法，其特征在于，步骤1具体为：
设定雷达采用的目标检测算法，得到检测判决虚警概率Pf与检测门限T之间的函数关系，通过下式计算得到：
其中，f(·)表示检测判决虚警概率与检测门限的函数，p(ξ|H0)表示目标检测算法形成的检测统计量ξ在目标不存在时的假设H0条件下的概率密度函数。
3.根据权利要求1所述的一种先起始后确认的雷达航迹起始方法，其特征在于，步骤6中根据第lb，i个波位、第lr，i个距离单元对应的检测统计量ξm，i，计算第m个初始航迹第i时刻量测数据对应的虚假点迹概率，具体为：
根据第lb，i个波位、第lr，i个距离单元对应的检测统计量ξm，i，按照下式计算第m个初始航迹第i时刻量测数据对应的虚假点迹概率Pf，m，i：
Pf，m，i＝f(ξm，i)，i＝km-NC+1，km-NC+2，...，km
若第m个初始航迹第i时刻没有量测数据，则令Pf，m，i＝1，其中，f(·)表示检测判决虚警概率与检测门限的函数。
4.根据权利要求1所述的一种先起始后确认的雷达航迹起始方法，其特征在于，步骤7中根据所述第m个初始航迹第km-NC+1时刻至第km时刻量测数据对应的虚假点迹概率，得到第m个初始航迹第km时刻的虚假航迹概率Pf，m为：
按照下式计算第m个初始航迹第km时刻的虚假航迹概率Pf，m：
其中，Pf，m，i为第m个初始航迹第i时刻量测数据对应的虚假点迹概率，Π表示求乘积符号。
5.根据权利要求1所述的一种先起始后确认的雷达航迹起始方法，其特征在于，步骤9中当采用的航迹终结准则为基于虚假航迹概率的航迹终结准则时，设定虚假航迹确认门限PFF，其中虚假航迹确认门限PFF的取值需满足PFF＞PFT，其中PFT为目标航迹确认门限；若第m个初始航迹第km时刻的虚假航迹概率Pf，m满足Pf，m≥PFF，则终结该初始航迹。
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