CN108414992B - 一种基于相位信息杂波图的目标检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达技术领域，公开了一种基于相位信息杂波图的目标检测方法，包括：1)根据雷达前几圈的扫描数据建立较稳定的多通道杂波图；2)进行新一圈扫描，得到该圈的扫描数据；3)根据雷达中新收到扫描数据和前面已经建立的杂波图利用其相位信息进行杂波检测，得到检测结果；4)利用2)收到的新数据对已经建立的杂波图进行更新；5)重复步骤2)、3)、4)，从而减少在目标回波较弱时造成的漏警，避免“自遮蔽”现象，提高了低速目标的检测性能。

Description

一种基于相位信息杂波图的目标检测方法

技术领域

本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种基于相位信息杂波图的目标检测方法，可用于回波较弱情况下低速目标的检测。

背景技术

随着现代科技的进步，越来越多的新型飞行器的出现。以无人机为代表的低空、慢速、小目标的快速发展，对雷达检测目标性能要求越来越高。长久以来雷达对于低速目标的检测效果都不是很理想，低速目标的检测难点在于目标在多普勒域与地杂波谱存在严重的交叠。由于地杂波强度通常都很大，这就要求必须滤除杂波后再进行目标检测，但是传统的信号处理方法，例如动目标显示MTI和动目标检测MTD技术在滤除杂波的同时会把混叠在杂波谱的低速目标信号也滤除掉，从而导致无法有效地检测低速目标。

为了提高对低速目标的检测能力，现有技术提出了超杂波检测的方法。传统的超杂波检测方法一般分为两条支路：一条是正常检测支路，一条是恒虚警检测支路。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。另外，在恒虚警检测支路中，一般运用杂波图检测技术。由于杂波图需要对帧间数据进行递归运算积累，因此当目标运动速度很慢，多个雷达天线扫描周期内目标可能仍未走出该杂波单元，这就会导致目标信号也参与杂波图更新积累，影响杂波功率估计的准确性，从而影响目标检测性能，这就是自遮蔽现象。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于相位信息杂波图的目标检测方法，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，并进一步利用各多普勒通道的相位信息，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。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种基于相位信息杂波图的目标检测方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1，设定雷达扫描范围内的M个方位指向；

步骤2，在雷达进行n圈扫描后，确定雷达进行n圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图；

步骤3，雷达进行第n+1圈扫描，分别得到雷达进行第n+1圈扫描后M个方位指向上的扫描数据，每个方位指向上的扫描数据为k行l列的矩阵，k是每个方位指向上的扫描数据包含的回波脉冲个数，l是每个回波脉冲内包含的距离单元个数；

步骤4，根据所述雷达进行n圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图，以及雷达进行第n+1圈扫描后M个方位指向上的扫描数据，分别确定l个距离单元中是否存在目标；

步骤5，对所述雷达进行n圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图进行更新，得到更新后的杂波图，并将所述更新后的杂波图作为雷达进行n+1圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图；

步骤6，令n的值加1，并重复执行步骤3至步骤4，得到目标检测结果。

本发明技术方案在传统杂波检测的基础上，引入了多普勒和相位信息，这种杂波图与普通杂波图相比信息更全面。此方法将目标能量集中在一个多普勒通道中，然后再对每个通道利用相位信息进行杂波检测，从而减少在目标回波较弱时造成的漏警，避免“自遮蔽”现象，提高了低速目标的检测性能。

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基于相位信息杂波图的目标检测方法的流程示意图；

图2为传统杂波检测中剩余杂波图；

图3为传统杂波检测中剩余杂波图CFAR处理效图；

图4为传统杂波检测中杂波图CFAR处理效图；

图5(a)是不利用相位信息的多通道杂波图CFAR效果图；

图5(b)是不利用相位信息的多通道杂波图CFAR效果图的局部放大图；

图6(a)是利用相位信息的多通道杂波图CFAR效果图；

图6(b)是利用相位信息的多通道杂波图CFAR效果图的局部放大图。

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。

本发明实施例提供一种基于相位信息杂波图的目标检测方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：

步骤1，设定雷达扫描范围内的M个方位指向。

根据雷达扫描范围和波束宽度，得到雷达扫描范围的方位个数M，和方位指向θ_m，m＝1，2，...，M，得到各个方位指向：θ₁，θ₂，...θ_m，...θ_M。同时为了更精细地检测目标，每个杂波单元只包含一个距离单元。

步骤2，在雷达进行n圈扫描后，确定雷达进行n圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图。

步骤2具体包括如下子步骤：

(2a)雷达进行第j圈扫描，得到第j圈扫描后方位指向θ_m上的回波数据

其中，j的初值为1，m＝1，2，...，M；M为雷达扫描范围内的方位指向总个数；

为k行l列的矩阵，k是每个方位指向上的扫描数据包含的回波脉冲个数，l是每个回波脉冲内包含的距离单元个数；

(2b)对所述第j圈扫描后方位指向θ_m上的回波数据

进行脉冲压缩，并对脉冲压缩后的数据的每一列进行快速傅里叶变换，得到傅里叶变换后第j圈扫描后方位指向θ_m上数据

(2c)雷达进行第j+1圈扫描，得到傅里叶变换后第j+1圈扫描后方位指向θ_m上数据

(2d)根据所述傅里叶变换后第j圈扫描后方位指向θ_m上数据

以及所述傅里叶变换后第j+1圈扫描后方位指向θ_m上数据

得到第j+1圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

且第1圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

表示傅里叶变换后第1圈扫描后方位指向θ_m上数据；

(2e)令j的值加1，重复执行子步骤(2c)至子步骤(2d)，直到j＜n，得到第n圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

进而得到第n圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图，n为预先设定的雷达扫描圈数，

为第n-1圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图，

为傅里叶变换后第n圈扫描后方位指向θ_m上数据，其中，n≥10。

步骤3，雷达进行第n+1圈扫描，分别得到雷达进行第n+1圈扫描后M个方位指向上的扫描数据，每个方位指向上的扫描数据为k行l列的矩阵，k是每个方位指向上的扫描数据包含的回波脉冲个数，l是每个回波脉冲内包含的距离单元个数。

步骤3具体包括如下子步骤：

(3a)雷达进行第n+1圈扫描，得到第n+1圈扫描后方位指向θ_m上的回波数据

其中m＝1，2，...，M；M为雷达扫描范围内的方位指向总个数；

为k行l列的矩阵，k是每个方位指向上的扫描数据包含的回波脉冲个数，l是每个回波脉冲内包含的距离单元个数；

(3b)对所述第n+1圈扫描后方位指向θ_m上的回波数据

进行脉冲压缩，并对脉冲压缩后的数据的每一列进行快速傅里叶变换，得到傅里叶变换后第n+1圈扫描后方位指向θ_m上数据

步骤4，根据所述雷达进行n圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图，以及雷达进行第n+1圈扫描后M个方位指向上的扫描数据，分别确定l个距离单元中是否存在目标。

步骤4具体包括如下子步骤：

(4a)根据雷达进行第n圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

以及雷达进行第n+1圈扫描后的傅里叶变换后方位指向θ_m上数据

计算雷达第n+1圈扫描后方位指向θ_m上的数据

与雷达进行第n圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

在第i个距离单元处的相位差

其中，i＝1，2，...，l，l是每个回波脉冲内包含的距离单元总个数，

表示雷达第n+1圈扫描后方位指向θ_m上的数据

在第i个距离单元处的相位，

表示雷达进行第n圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

在第i个距离单元处的相位，|·|表示求绝对值；

从而得到雷达第n+1圈扫描后方位指向θ_m上的数据

与雷达进行第n圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

分别在l个距离单元处的相位差：

(4b)根据雷达第n+1圈扫描后方位指向θ_m上的数据

与雷达进行第n圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

在第i个距离单元处的相位差

计算得到第i个距离单元处的检测门限

其中，g为预先设定的计算检测门限时的平均距离单元个数；

(4c)根据

和

确定第i个距离单元处是否存在目标：

若

则判定第i个距离单元处存在目标；否则，判定第i个距离单元处不存在目标，其中，h为预先设定的门限因子；2≤h≤6；

(4d)令i的值依次取1，2，...，l，从而分别确定l个距离单元中是否存在目标。

步骤5，对所述雷达进行n圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图进行更新，得到更新后的杂波图，并将所述更新后的杂波图作为雷达进行n+1圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图。

步骤5具体为：

对所述第n圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

进行更新，得到更新后的杂波图

将更新后的杂波图

作为雷达进行n+1圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图；

其中，

表示雷达进行第n+1圈扫描后的傅里叶变换后方位指向θ_m上数据，W为预设的更新系数；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，选得太小，不能迅速响应快起伏杂波，选得太大，慢起伏杂波的虚警变化过大，其值可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；

令m＝1，2，...，M，从而得到雷达进行n+1圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图。

步骤6，令n的值加1，并重复执行步骤3至步骤4，得到目标检测结果。

本发明的效果可通过以下仿真进一步说明：

1、仿真条件：

实测数据每圈方位数M＝52，每个方位含55个脉冲，目标所在距离为114距离单元。设建立稳定杂波图的积累圈数n＝10，杂波图更新系数W＝0.875，门限因子h＝4。

2、仿真内容与结果：

仿真1，对传统杂波检测中的剩余杂波进行仿真，结果如图2所示。

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，对传统杂波检测中剩余杂波图CFAR检测性能进行仿真，结果如图3所示，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：目标所在的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，对传统杂波检测中杂波图CFAR的检测性能进行仿真，结果如图4所示，其中实线是信号幅度，虚线是横虚警检测门限。

由图4可以看出：目标所在的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4，对不利用相位信息的多通道杂波图进行仿真，目标所在通道的检测结果如图5所示，其中实线是信号幅度，虚线是检测门限值，其中：

图5(a)是不利用相位信息的多通道杂波图CFAR效果图；

图5(b)是不利用相位信息的多通道杂波图CFAR效果图的局部放大图；

由图5可得出：虽然此时剩余杂波较弱，在目标所处距离单元，检测门限值仍高于目标信号幅度值，无法检测到该目标。

仿真5，对本发明中利用相位信息进行多通道杂波图检测的性能做仿真，目标所在通道的检测结果如图6所示，其中实线是信号幅度，虚线是检测门限值，其中：

图6(a)是利用相位信息的多通道杂波图CFAR效果图；

图6(b)是利用相位信息的多通道杂波图CFAR效果图的局部放大图；

由图6可以看出：在目标所处距离单元，目标信号值高于检测门限值，可以检测到该目标。

综上，本发明优于传统的杂波检测，能够有效地改善对于低速目标的检测性能。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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 (4)

1.一种基于相位信息杂波图的目标检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1，设定雷达扫描范围内的M个方位指向；

步骤2，在雷达进行n圈扫描后，确定雷达进行n圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图；

步骤3，雷达进行第n+1圈扫描，分别得到雷达进行第n+1圈扫描后M个方位指向上的扫描数据，每个方位指向上的扫描数据为k行l列的矩阵，k是每个方位指向上的扫描数据包含的回波脉冲个数，l是每个回波脉冲内包含的距离单元个数；

步骤4，根据所述雷达进行n圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图，以及雷达进行第n+1圈扫描后M个方位指向上的扫描数据，分别确定l个距离单元中是否存在目标；

步骤4具体包括如下子步骤：

(4a)根据雷达进行第n圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

以及雷达进行第n+1圈扫描后的傅里叶变换后方位指向θ_m上数据

计算雷达第n+1圈扫描后方位指向θ_m上的数据

与雷达进行第n圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

在第i个距离单元处的相位差

其中，i＝1,2,...,l，l是每个回波脉冲内包含的距离单元总个数，

表示雷达第n+1圈扫描后方位指向θ_m上的数据

在第i个距离单元处的相位，

表示雷达进行第n圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

在第i个距离单元处的相位，|·|表示求绝对值；

从而得到雷达第n+1圈扫描后方位指向θ_m上的数据

与雷达进行第n圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

分别在l个距离单元处的相位差：

(4b)根据雷达第n+1圈扫描后方位指向θ_m上的数据

与雷达进行第n圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

在第i个距离单元处的相位差

计算得到第i个距离单元处的检测门限

其中，g为预先设定的计算检测门限时的平均距离单元个数；

(4c)根据

和

确定第i个距离单元处是否存在目标：

若

则判定第i个距离单元处存在目标；否则，判定第i个距离单元处不存在目标，其中，h为预先设定的门限因子；

(4d)令i的值依次取1,2,...,l，从而分别确定l个距离单元中是否存在目标；

步骤5，对所述雷达进行n圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图进行更新，得到更新后的杂波图，并将所述更新后的杂波图作为雷达进行n+1圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图；

步骤6，令n的值加1，并重复执行步骤3至步骤4，得到目标检测结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于相位信息杂波图的目标检测方法，其特征在于，步骤2具体包括如下子步骤：

(2a)雷达进行第j圈扫描，得到第j圈扫描后方位指向θ_m上的回波数据

其中，j的初值为1，m＝1,2,...,M；M为雷达扫描范围内的方位指向总个数；

为k行l列的矩阵，k是每个方位指向上的扫描数据包含的回波脉冲个数，l是每个回波脉冲内包含的距离单元个数；

(2b)对所述第j圈扫描后方位指向θ_m上的回波数据

进行脉冲压缩，并对脉冲压缩后的数据的每一列进行快速傅里叶变换，得到傅里叶变换后第j圈扫描后方位指向θ_m上数据

(2c)雷达进行第j+1圈扫描，得到傅里叶变换后第j+1圈扫描后方位指向θ_m上数据

(2d)根据所述傅里叶变换后第j圈扫描后方位指向θ_m上数据

以及所述傅里叶变换后第j+1圈扫描后方位指向θ_m上数据

得到第j+1圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

且第1圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

表示傅里叶变换后第1圈扫描后方位指向θ_m上数据；

(2e)令j的值加1，重复执行子步骤(2c)至子步骤(2d)，直到j<n，得到第n圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

进而得到第n圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图，n为预先设定的雷达扫描圈数，

为第n-1圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图，

为傅里叶变换后第n圈扫描后方位指向θ_m上数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于相位信息杂波图的目标检测方法，其特征在于，步骤3具体包括如下子步骤：

(3a)雷达进行第n+1圈扫描，得到第n+1圈扫描后方位指向θ_m上的回波数据

其中m＝1,2,...,M；M为雷达扫描范围内的方位指向总个数；

为k行l列的矩阵，k是每个方位指向上的扫描数据包含的回波脉冲个数，l是每个回波脉冲内包含的距离单元个数；

(3b)对所述第n+1圈扫描后方位指向θ_m上的回波数据

进行脉冲压缩，并对脉冲压缩后的数据的每一列进行快速傅里叶变换，得到傅里叶变换后第n+1圈扫描后方位指向θ_m上数据

4.根据权利要求1所述的一种基于相位信息杂波图的目标检测方法，其特征在于，步骤5具体为：

对所述第n圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图

进行更新，得到更新后的杂波图

将更新后的杂波图

作为雷达进行n+1圈扫描后方位指向θ_m上的多通道杂波图；

其中，

表示雷达进行第n+1圈扫描后的傅里叶变换后方位指向θ_m上数据，W为预设的更新系数；

令m＝1,2,...,M，从而得到雷达进行n+1圈扫描后M个方位指向分别对应的多通道杂波图。

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