CN109613527A - 一种运动目标的检测门限生成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种运动目标的检测门限生成方法，其包括：利用从脉冲多普勒雷达获取的一个相参处理时间内采集的脉冲信息，生成多个多普勒通道的待检测信号；对所述待检测信号进行单元平均恒虚警率处理，生成均匀背景下的检测门限；根据获取的雷达系统静止杂波特征，计算地杂波副瓣门限；计算所述待检测信号中的脉冲干扰信息对距离多普勒域的干扰参考门限；通过所述检测门限、所述地杂波副瓣门限以及所述干扰参考门限对所述脉冲信息进行检测，得到二值检测结果。在单元平均恒虚警率方法的基础上，利用当前数据的静止杂波分布以及干扰分布结合雷达系统相参特性优化检测门限的生成，降低检测中由于杂波及干扰引起的虚警率。

Description

一种运动目标的检测门限生成方法及装置

技术领域

本发明涉及雷达系统及雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种运动目标的检测门限生成方法及装置。

背景技术

雷达具有全天候全天时发现目标的能力，PD(Pulse Doppler，脉冲多普勒)相参体制雷达因具有良好杂波抑制能力而被广泛应用。但是随着各类具有电磁辐射能力设备的发展应用，电磁环境的日益复杂导致干扰的普遍存在，这会引起脉冲间相参性的破坏，在杂波背景与干扰同时存在时，杂波背景的均匀性被破坏，杂波的多普勒副瓣导致运动目标被淹没，给控制目标检测的虚警率带来困难，这是脉冲体制雷达在干扰下虚警过多的原因之一。现有技术中，没有降低检测中由于杂波及干扰引起的虚警方法有和装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种运动目标的检测门限生成方法及装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种运动目标的检测门限生成方法，其包括：

利用从脉冲多普勒雷达获取的一个相参处理时间内采集的脉冲信息，生成多个多普勒通道的待检测信号；

对所述待检测信号进行单元平均恒虚警率处理，生成均匀背景下的检测门限；

根据获取的雷达系统静止杂波特征，计算地杂波副瓣门限；

计算所述待检测信号中的脉冲干扰信息对距离多普勒域的干扰参考门限；

通过所述检测门限、所述地杂波副瓣门限以及所述干扰参考门限对所述脉冲信息进行检测，得到二值检测结果。

本发明的有益效果是：本发明针对同时存在地杂波及同频异步干扰情况下雷达恒虚警率检测虚警多的问题，在单元平均恒虚警率方法的基础上，利用当前数据的静止杂波分布以及干扰分布结合雷达系统相参特性优化检测门限的生成，能够快速的适应复杂的地面强静止杂波以及干扰同时存在的环境，降低检测中由于杂波及干扰引起的虚警率。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种运动目标的检测门限生成装置，其包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序，实现如上任一项所述的运动目标的检测门限生成方法。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上任一项所述的运动目标的检测门限生成方法。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例提供的门限生成方法的示意性流程图之一。

图2为本发明实施例提供的门限生成装置的示意性结构框图。

图3为本发明实施例提供的门限生成方法的示意性流程图之二。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至图3所示，图1为本发明实施例提供的门限生成方法的示意性流程图之一。图2为本发明实施例提供的门限生成装置的示意性结构框图。图3为本发明实施例提供的门限生成方法的示意性流程图之二。

如图1所示，本发明提供了一种运动目标的检测门限生成方法，其包括：

利用从脉冲多普勒雷达获取的一个相参处理时间内采集的脉冲信息，生成多个多普勒通道的待检测信号；

对所述待检测信号进行单元平均恒虚警率处理，生成均匀背景下的检测门限；

根据获取的雷达系统静止杂波特征，计算地杂波副瓣门限；

计算所述待检测信号中的脉冲干扰信息对距离多普勒域的干扰参考门限；

通过所述检测门限、所述地杂波副瓣门限以及所述干扰参考门限对所述脉冲信息进行检测，得到二值检测结果。

本发明的有益效果是：本发明针对同时存在地杂波及同频异步干扰情况下雷达恒虚警率检测虚警多的问题，在单元平均恒虚警率方法的基础上，利用当前数据的静止杂波分布以及干扰分布结合雷达系统相参特性优化检测门限的生成，能够快速的适应复杂的地面强静止杂波以及干扰同时存在的环境，降低检测中由于杂波及干扰引起的虚警率。

通过所述检测门限、所述地杂波副瓣门限以及所述干扰参考门限对所述脉冲信息进行检测，即将门限与待检测脉冲信息进行比较，得到二值检测结果，随后根据检测到目标的位置得到目标的距离及多普勒速度。

本发明涉及雷达系统及雷达信号处理技术领域，具体涉及一种复杂电磁及杂波环境下的快速运动目标检测门限生成方法。

本发明针对同时存在地杂波及同频异步干扰情况下雷达CFAR(Constant False-Alarm Rate，恒虚警率)检测虚警多的问题，在传统CA-CFAR(Cell Average CFAR，单元平均恒虚警率)方法的基础上利用当前数据的静止杂波分布以及干扰分布结合雷达系统相参特性优化检测门限的生成，从而实现有效降低检测中由于强杂波及干扰引起的虚警。

本发明的方法不依赖于地形的先验信息，不需要统计杂波图，能够快速的适应复杂的地面强静止杂波以及干扰同时存在的环境，有效降低大部分的检测虚警，同时生成的门限并不会破坏原有均匀杂波背景下的检测性能，又不会过多的增加运算量。

如图3所示，本发明提供的一种复杂电磁及杂波环境下的快速运动目标检测门限生成方法可以包括：开始、准备距离多普勒域待检测图像、生成常规CFAR检测门限、生成强地杂波副瓣门限L_Clutter、生成干扰参考门限L_int、利用三个门限对脉冲信息进行检测。

具体地，本发明提供的一种复杂电磁及杂波环境下的快速运动目标检测门限生成方法，包括以下步骤：

步骤1：生成待检测信号I。

在PD雷达(即脉冲多普勒雷达)中将一个相参处理时间内的脉冲进行距离维度的匹配滤波处理，随后将信号变换到距离-多普勒域，去除零多普勒通道，作为待检测信号。待检测信号表示为

I＝I_(M-1)×N＝{x_ij,i∈[2,M],j∈[1,N]}

其中，I为待检测的距离多普勒二维矩阵，矩阵维数为M×N，其中矩阵行数M代表多普勒通道数，矩阵列数N代表距离单元数。

步骤2：利用常规CACFAR方法生成均匀背景下的检测门限L_cfar。

参考单元数设置为[R_m,R_n]，保护单元数设置为[P_m,P_n]，扩大倍数为K，检测门限生成的计算方法如下：

其中，E{}为均值计算，CA-CFAR生成的参考门限为L_cfar。

步骤3：根据雷达系统静止杂波特征计算强地杂波副瓣门限L_Clutter。

根据雷达系统相参性得到多普勒域杂波副瓣的主副瓣比曲线S＝{s_i,i＝2,3,...,M}^T，然后利用零多普勒通道的静止杂波分布I_0j＝{x_1,1,x_1,2,L,x_1,N}生成地杂波副瓣门限：

L_Clutter＝S×I_0j

其中，L_Clutter计算完成后应为(M-1)×N维矩阵。

步骤4：计算脉冲干扰带给距离多普勒域的参考门限L_int。

脉冲干扰在多普勒域表现为一条在多普勒上分布的亮线，因此可以利用杂波清晰区的接收噪声信号经过平滑后作为检测的二次过滤门限，以实现干扰目标的虚警滤除。杂波清晰区定义为在距离多普勒谱上主副瓣杂波分布区域以外的区域，可以选择距离多普勒谱的较高频谱进行平均作为参考，具体计算方式为：

其中，k为被平均单元的个数，根据实际情况选取。

步骤5：利用步骤1到步骤4生成的三个门限进行检测，得到检测后的二值检测结果D＝{D_ij,i∈[2,M],j∈[1,N]}，计算方法如下：

进一步地，所述根据获取的脉冲多普勒雷达所采集的信息中一个相参处理时间内的脉冲信息，生成待检测信号的步骤，包括：

对所述脉冲信息进行距离维度的匹配滤波处理；

将所述脉冲信息变换至距离-多普勒域中；

去除速度为零的多普勒通道，得到所述待检测信号。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过距离维度的匹配滤波处理并将脉冲信息变换至距离-多普勒域中，实现待检测信号的提取，通过公式精准地将待检测信号表示出来，提高二值检测结果的精准性。

进一步地，所述待检测信号通过下述公式表示：

I＝I_(M-1)×N＝{x_ij，i∈[2,M],j∈[1,N]}，

其中，I为待检测的距离多普勒二维矩阵，I_(M-1)×N是I的详细表示形式，x_ij为矩阵第i行第j列的元素，即通过待检测的距离多普勒二维矩阵表示所述待检测信号，矩阵维数为(M-1)×N，矩阵行数M代表待检测矩阵多普勒速度通道个数，矩阵列数N代表采集的距离单元数。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过距离维度的匹配滤波处理并将脉冲信息变换至距离-多普勒域中，实现待检测信号的提取，通过公式精准地将待检测信号表示出来，提高二值检测结果的精准性。

进一步地，所述均匀背景下的检测门限通过下述公式计算：

参考单元数设置为[R_m,R_n]，保护单元数设置为[P_m,P_n]，扩大倍数为K，参考单元、保护单元及扩大倍数根据雷达系统的使用环境和虚警率计算，例如：参考单元取值为【1616】，保护单元取值【22】，扩大倍数取值为4，检测门限生成的计算方法如下：

L_cfar(m,n)＝K·E{x_ij,P_m＜|i-m|＜R_m,P_n＜|j-n|＜R_n}，m∈[2,M],n∈[1,N]

其中，m，n为正整数，分别代表多普勒通道号及距离单元序号，L_cfar为均匀背景下的检测门限，E{}为均值计算。

采用上述进一步方案的有益效果是：利用单元平均恒虚警率的方式以及方法，计算出均匀背景下的检测门限，通过公式精准地将均匀背景下的检测门限表示出来，提高二值检测结果的精准性。

进一步地，所述根据获取的雷达系统静止杂波特征，计算地杂波副瓣门限的步骤具体包括：

获取零多普勒通道的静止杂波分布信息；

根据所述雷达系统静止杂波特征，生成多普勒域杂波副瓣的主副瓣比曲线信息；

根据所述零多普勒通道的静止杂波分布信息以及所述多普勒域杂波副瓣的主副瓣比曲线信息，计算所述地杂波副瓣门限。

进一步地，所述地杂波副瓣门限通过下述公式计算：

L_Clutter＝S×I_0j，

其中，L_Clutter为地杂波副瓣门限，L_Clutter计算完成后为(M-1)×N维矩阵；

所述多普勒域杂波副瓣的主副瓣比曲线信息通过下述公式表示：

S＝{s_i,i＝2,3,...,M}^T，

所述零多普勒通道的静止杂波分布信息通过下述公式表示：

I_0j＝{x_1,1,x_1,2,L,x_1,N}。

采用上述进一步方案的有益效果是：利用雷达系统静止杂波特征，计算出地杂波副瓣门限，通过公式精准地将地杂波副瓣门限表示出来，提高二值检测结果的精准性。

进一步地，所述干扰参考门限L_int(i,j)通过下述公式计算：

其中，k为被平均单元的个数；

所述二值检测结果通过下述公式计算：

D＝{D_ij,i∈[2,M],j∈[1,N]}，

其中，other代表x_ij<＝max(L_clutter+L_cfar,L_int)。

采用上述进一步方案的有益效果是：利用距离多普勒谱的较高频谱进行平均作为参考，计算出干扰参考门限，通过公式精准地将干扰参考门限表示出来，提高二值检测结果的精准性。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

如图2所示，一种运动目标的检测门限生成装置，其包括：

存储器1，用于存储计算机程序；

处理器2，用于执行所述计算机程序，实现如上任一项所述的运动目标的检测门限生成方法。

需要说明的是，本实施例是与上述各方法实施例对应的产品实施例，对于本实施例中各结构的具体功能及可选实施方式的说明可以参考上述各方法实施例中的对应说明，在此不再赘述。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上任一项所述的运动目标的检测门限生成方法。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种运动目标的检测门限生成方法，其特征在于，包括：

利用从脉冲多普勒雷达获取的一个相参处理时间内采集的脉冲信息，生成多个多普勒通道的待检测信号；

对所述待检测信号进行单元平均恒虚警率处理，生成均匀背景下的检测门限；

根据获取的雷达系统静止杂波特征，计算地杂波副瓣门限；

计算所述待检测信号中的脉冲干扰信息对距离多普勒域的干扰参考门限；

通过所述检测门限、所述地杂波副瓣门限以及所述干扰参考门限对所述脉冲信息进行检测，得到二值检测结果。

2.根据权利要求1所述的一种运动目标的检测门限生成方法，其特征在于，所述根据获取的脉冲多普勒雷达所采集的信息中一个相参处理时间内的脉冲信息，生成待检测信号的步骤，包括：

对所述脉冲信息进行距离维度的匹配滤波处理；

将所述脉冲信息变换至距离-多普勒域中；

去除速度为零的多普勒通道，得到所述待检测信号。

3.根据权利要求2所述的一种运动目标的检测门限生成方法，其特征在于，所述待检测信号通过下述公式表示：

I＝I_(M-1)×N＝{x_ij，i∈[2,M],j∈[1,N]}，

其中，I为待检测的距离多普勒二维矩阵，I_(M-1)×N是I的详细表示形式，x_ij为矩阵第i行第j列的元素，即通过待检测的距离多普勒二维矩阵表示所述待检测信号，矩阵维数为(M-1)×N，矩阵行数M代表待检测矩阵多普勒速度通道个数，矩阵列数N代表采集的距离单元数。

4.根据权利要求1所述的一种运动目标的检测门限生成方法，其特征在于，所述均匀背景下的检测门限通过下述公式计算：

参考单元数设置为[R_m,R_n]，保护单元数设置为[Pm,Pn]，扩大倍数为K，检测门限生成的计算方法如下：

L_cfar(m,n)＝K·E{x_ij,P_m＜|i-m|＜R_m,P_n＜|j-n|＜R_n}，m∈[2,M],n∈[1,N]

其中，m，n为正整数，分别代表多普勒通道号及距离单元序号，L_cfar为均匀背景下的检测门限，E{}为均值计算。

5.根据权利要求1所述的一种运动目标的检测门限生成方法，其特征在于，所述根据获取的雷达系统静止杂波特征，计算地杂波副瓣门限的步骤具体包括：

获取零多普勒通道的静止杂波分布信息；

根据所述雷达系统静止杂波制特征，生成多普勒域杂波副瓣的主副瓣比曲线信息；

根据所述零多普勒通道的静止杂波分布信息以及所述多普勒域杂波副瓣的主副瓣比曲线信息，计算所述地杂波副瓣门限。

6.根据权利要求5所述的一种运动目标的检测门限生成方法，其特征在于，所述地杂波副瓣门限通过下述公式计算：

L_Clutter＝S×I_0j，

其中，L_Clutter为地杂波副瓣门限，L_Clutter计算完成后为(M-1)×N维矩阵；

所述多普勒域杂波副瓣的主副瓣比曲线信息通过下述公式表示：

S＝{s_i,i＝2,3,...,M}^T

所述零多普勒通道的静止杂波分布信息通过下述公式表示：I_0j＝{x_1,1,x_1,2,L,x_1,N}。

7.根据权利要求1所述的一种运动目标的检测门限生成方法，其特征在于，所述干扰参考门限L_int(i,j)通过下述公式计算：

其中，k为被平均单元的个数；

所述二值检测结果通过下述公式计算：

D＝{D_ij,i∈[2,M],j∈[1,N]}，

其中，other代表x_ij<＝max(L_clutter+L_cfar,L_int)。

8.一种运动目标的检测门限生成装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序，实现如权利要求1至7中任一项所述的运动目标的检测门限生成方法。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如权利要求1至7中任一项所述的运动目标的检测门限生成方法。