CN110221286A - 基于地面监视雷达的自适应目标检测方法 - Google Patents

基于地面监视雷达的自适应目标检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于地面监视雷达的自适应目标检测方法，对同一方位上的同一待检测单元的幅度值进行帧间积累，并将该方位上该待检测单元的幅度值检测门限和方差分别赋值为该方位上该待检测单元的历史平均值和历史方差；先根据当前帧的该方位上该待检测单元的幅度值对该方位上该待检测单元的幅度值检测门限和方差进行修正；再根据得到修正后的该方位上该待检测单元的幅度值检测门限和方差，对判断当前帧的该方位上该待检测单元的幅度值进行判断，判断当前帧的该方位上该待检测单元上的谱数据信息是否为属于目标的谱数据信息。本发明能够自适应的获取并修正当前幅度值的检测门限和方差，有效的抑制杂波，提高目标的检测能力。

Description

基于地面监视雷达的自适应目标检测方法
技术领域
本发明涉及雷达目标检测技术领域，尤其是基于地面监视雷达的自适应目标检测方法。
背景技术
目标检测方法为在雷达的回波信息即谱数据信息中检测出属于目标的回波信息，并将背景杂波和地物杂波进行滤除，以在后续的点航迹处理过程中达到提高点迹凝聚精度和提高航迹跟踪质量的目的。因此，选择最优的目标检测方法，对精确的估计目标参数至关重要。
现有技术中的目标检测方法一般包括两种：一、针对某个待检测单元，利用该待检测单元的历史帧的幅度平均值对该待检测单元的当前帧的幅度值进行判断，直接判断历史帧的幅度平均值与当前帧的幅度值的差值是否大于所设定的固定值，若大于，则该待检测单元的当前帧的谱数据判定为属于目标的谱数据；由于这种目标检测方法是直接利用历史帧的幅度平均值和一个所设定的固定值进行目标检测，容易造成目标的漏检。二、针对同一帧的目标谱数据信息，利用与某待检测单元邻近的若干个待检测单元的幅度平均值对该待检测单元的幅度值进行判断，若该待检测单元的幅度值大于该幅度平均值，则该待检测单元的当前帧的谱数据判定为属于目标的谱数据；由于零频附近存在固定强杂波，容易造成慢速目标的漏检。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供基于地面监视雷达的自适应目标检测方法，根据历史幅度值和历史方差，自适应的获取并修正当前幅度值的检测门限和方差，能够有效的抑制杂波，提高目标的检测能力。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：
基于地面监视雷达的自适应目标检测方法，所述地面监视雷达的方位覆盖范围为0°～X°，距离覆盖范围为0km～Ykm；所述地面监视雷达的方位采样间隔为Δx，量化为若干个方位；距离量化间隔为Δy，在距离上量化为若干个距离库，且每个距离库上均对应有若干个多普勒速度频道即频道；
所述地面监视雷达扫描一帧分别获取此若干个方位上的谱数据信息；
所述谱数据信息包括：该谱数据的方位，该谱数据的时间戳，该谱数据的幅度值，该谱数据所在的待检测单元；
所述待检测单元是由一个距离库和一个频道构成，即每个待检测单元均对应一个距离库和一个频道；
雷达扫描的当前帧为第t帧，获取第t帧的每个方位上的谱数据信息，且对第t帧的每个方位上的谱数据信息分别进行目标检测，检测出属于目标的谱数据信息；所述目标检测的具体方式，包括以下步骤：
S1，对同一方位上的同一待检测单元的幅度值进行帧间积累，待检测单元的幅度值即为待检测单元上的谱数据的幅度值，且帧间积累的帧数为n；即对第t帧的前n帧的该方位上该待检测单元的幅度值进行积累；
根据所积累的前n帧的该方位上该待检测单元的幅度值，求取该方位上该待检测单元的历史平均值和历史方差δ2 old；
其中，t-i表示在第t帧的前第i帧，即第t-i帧，i＝1,2,…,n；Ampt-i表示在第t-i帧的该方位上该待检测单元的幅度值；
表示该方位上该待检测单元的历史平均值；
δ2 old表示该方位上该待检测单元的历史方差；
S2，对每个方位上每个待检测单元均设置一个幅度值检测门限Tamp和一个方差将该方位上该待检测单元的幅度值检测门限Tamp赋值为该方位上该待检测单元的历史平均值即将该方位上该待检测单元的方差赋值为该方位上该待检测单元的历史方差δ2 old，即
S3，利用每个方位上每个待检测单元的幅度值检测门限Tamp和方差对雷达扫描的当前帧即第t帧的每个方位上每个待检测单元的幅度值进行判断，以判断出属于目标的谱数据信息。
步骤S3中，包括以下步骤：
S31，若雷达扫描的当前帧即第t帧的某方位上某待检测单元的幅度值为Ampt，先根据第t帧的该方位上该待检测单元的幅度值Ampt，对该方位上该待检测单元的幅度值检测门限Tamp和方差进行修正，得到修正后的该方位上该待检测单元的幅度值检测门限T′amp和修正后的该方位上该待检测单元的方差具体修正方式如下所示：
若|Ampt-Tamp|＜α且则修正后的该方位上该待检测单元的幅度值检测门限Ta′mp和方差保持值不变，即其中，α表示该方位上该待检测单元的幅度增量参数，β表示该方位上该待检测单元的方差一致性参数；
否则，将该方位上该待检测单元的幅度值检测门限Tamp修正为即将该方位上该待检测单元的方差修正为即
其中，T′amp表示修正后该方位上该待检测单元的幅度值检测门限；表示修正后的该方位上该待检测单元的方差；
S32，根据修正后的该方位上该待检测单元的幅度值检测门限Ta′mp和方差对第t帧的该方位上该待检测单元的幅度值Ampt进行判断；具体判断方式如下所示：
若则第t帧的该方位上该待检测单元上的谱数据信息为属于目标的谱数据信息；
否则，第t帧的该方位上该待检测单元上的谱数据信息不属于目标的谱数据信息。
在进行目标检测之前，设置一个初始门限值，若某个方位上某个待检测单元上的谱数据的幅度值低于该初始门限值，则判定该方位上该个待检测单元上的谱数据信息为不属于目标的谱数据信息。
步骤S31中，
测试时，对雷达覆盖的距离范围进行划分，每隔一定数量个距离库划分为一个距离段，根据目标在不同距离段内的幅度值分布情况，计算目标在该距离段内的幅度值最大值和幅度值最小值的差值，并将该差值的绝对值作为该距离段内的幅度值增量参数α，从而得到与该距离段内的距离库相对应的待检测单元的幅度值增量参数α；
且与该距离段内的距离库相对应的待检测单元的方差一致性参数β的取值为该待检测单元的幅度增量参数α的三分之一。
根据探测需求，对雷达的覆盖区域进行划分，划分出关注区域和非关注区域；
步骤S31中，对于关注区域内的待检测单元的幅度值检测门限Tamp和方差的进行修正时，λ的取值范围为5～10；对于非关注区域内的待检测单元的幅度值检测门限Tamp和方差的进行修正时，λ的取值范围为1～3。
在进行目标检测之后，将每个方位上与零频道相对应的待检测单元上的谱数据信息均判定为不属于目标的谱数据信息。
本发明的优点在于：
(1)本发明根据同一检测单元的历史幅度值和历史方差，自适应的获取并根据幅度增量参数和方差一致性参数修正当前的该检测单元的幅度值检测门限和方差，降低了固定强杂波对慢速目标的影响，提高了慢速目标的发现概率，同时能够有效的抑制杂波，提高目标的检测能力。
(2)本发明对于非关注区域，通过降低λ的取值，从而实现快速的增加非关注区域内的待检测单元的幅度值检测门限和方差，降低虚假目标的错误检测。
(3)本发明利用幅度值检测门限和方差进行目标检测后，还对零频道上的地物杂波进行滤除处理，提高了后续的目标参数的估计精度。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
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。
所述地面监视雷达的方位覆盖范围为0°～X°，距离覆盖范围为0km～Ykm；所述地面监视雷达的方位采样间隔为Δx，量化为若干个方位；距离量化间隔为Δy，在距离上量化为若干个距离库，且每个距离库上均对应有若干个多普勒速度频道即频道；
所述地面监视雷达扫描一帧分别获取此若干个方位上的谱数据信息；
所述谱数据信息包括：该谱数据的方位，该谱数据的时间戳，该谱数据的幅度值，该谱数据所在待检测单元；所述待检测单元是由一个距离库和一个频道构成，即每个待检测单元均对应一个距离库和一个频道；
本发明的所述地面监视雷达的方位覆盖范围为0°～90°，以正北为0°，方位的采样间隔为1.4°，方位量化为64个方位；雷达检测的距离覆盖范围为0km～3km；雷达扫描的一帧，从0°方位开始，接收0°方位上的雷达回波信息即谱数据信息，然后按照1.4°的采样间隔，依次接收下一方位上的雷达谱数据信息。
为了保障地面监视雷达对速度小于1m/s的低速目标的检测能力和目标实时提取的需要，将谱数据信息在距离方向上量化为200个距离库，且每个距离库上均对应有128个频道；所述频道为多普勒速度频道。
由图1所示，本发明的基于地面监视雷达的自适应目标检测方法，在雷达扫描的当前帧为第t帧，获取第t帧的每个方位上的谱数据信息，且对第t帧的每个方位上的谱数据信息分别进行目标检测，检测出属于目标的谱数据信息；
所述目标检测的具体方式，包括以下步骤：
S1，对同一方位上的同一待检测单元的幅度值进行帧间积累，待检测单元的幅度值即为待检测单元上的谱数据的幅度值，且帧间积累的帧数为n；即对第t帧之前的n帧的该方位上该待检测单元的幅度值进行积累；
根据所积累的前n帧的某方位上某待检测单元的幅度值，求取该方位上该待检测单元的历史平均值和历史方差δ2 old；
其中，t-i表示在第t帧的前第i帧，即第t-i帧，i＝1,2,…,n；Ampt-i表示在第t-i帧的该方位上该待检测单元的幅度值；
表示该方位上该待检测单元的历史平均值；
δ2 old表示该方位上该待检测单元的历史方差。
S2，对每个方位上每个待检测单元均设置一个幅度值检测门限Tamp和一个方差将该方位上该待检测单元的幅度值检测门限Tamp赋值为该方位上该待检测单元的历史平均值即将该方位上该待检测单元的方差赋值为该方位上该待检测单元的历史方差δ2 old，即
本发明中，帧间积累的帧数为10帧，即n＝10。
本发明中，对于第10帧以及第10帧的之前帧，每个方位上每个待检测单元的幅度值检测门限Tamp均赋值为20dB，方差均赋值为0。或者，对于第10帧以及第10帧的之前帧，仍按照步骤S1和步骤S2的方式进行帧间积累，并利用帧间积累得到的历史平均值和历史方差对幅度值检测门限Tamp和方差进行赋值。
S3，利用每个方位上每个待检测单元的幅度值检测门限Tamp和方差对雷达扫描的当前帧即第t帧的每个方位上每个待检测单元的幅度值进行判断，以判断出属于目标的谱数据信息。
步骤S3中，包括以下步骤：
S31，若雷达扫描的当前帧即第t帧的某方位上某待检测单元的幅度值为Ampt，先根据第t帧的该方位上该待检测单元的幅度值Ampt，对该方位上该待检测单元的幅度值检测门限Tamp和方差进行修正，得到修正后的该方位上该待检测单元的幅度值检测门限Ta′mp和修正后的该方位上该待检测单元的方差具体修正方式如下所示：
若|Ampt-Tamp|＜α且则该方位上该待检测单元的幅度值检测门限Tamp和方差保持值不变，即
否则，将该方位上该待检测单元的幅度值检测门限Tamp修正为即将该方位上该待检测单元的方差修正为即
其中，T′amp表示修正后该方位上该待检测单元的幅度值检测门限；表示修正后的该方位上该待检测单元的方差；
α表示该方位上该待检测单元的幅度增量参数，β表示该方位上该待检测单元的方差一致性参数。
幅度增量参数α的取值方式为：
测试时，对雷达覆盖的距离范围进行划分，每隔50个距离库划分为一个距离段，由于衰减，同一个目标距离雷达越远，幅度值增量参数α会曾现下降的趋势；因此，根据目标在不同距离段内的幅度值分布情况，将目标在该距离段内的幅度值最大值和最小值之差作为该距离段内的幅度值增量参数α，从而得到与该距离段内的距离库相对应的待检测单元的幅度值增量参数α；
且与该距离段内的距离库相对应的待检测单元的方差一致性参数β的取值为该待检测单元的幅度增量参数α的三分之一。
本实施例中，幅度增量参数α取值为10dB～25dB；方差一致性参数β取值为3dB～9dB。
S32，根据修正后的该方位上该待检测单元的幅度值检测门限T′amp和方差对第t帧的该方位上该待检测单元的幅度值Ampt进行判断；具体判断方式如下所示：
若则第t帧的该方位上该待检测单元上的谱数据信息为属于目标的谱数据信息；
否则，第t帧的该方位上该待检测单元上的谱数据信息不属于目标的谱数据信息，且将不属于目标的谱数据信息剔除。
本发明在进行目标检测之前，先设置一个初始门限值，若某个方位上某个待检测单元上的谱数据的幅度值低于该初始门限值，则判定该方位上该个待检测单元上的谱数据信息不属于目标的谱数据信息，且剔除该方位上该个待检测单元上的谱数据信息即。本实施例，所述初始门限值取值为20dB。
本发明在进行目标检测之后，将每个方位上与零频道相对应的待检测单元上的谱数据信息均判定不属于目标的谱数据信息，且将每个方位上与零频道相对应的待检测单元上的谱数据信息均剔除。
本发明利用幅度值检测门限和方差进行目标检测后，还对零频道上的地物杂波进行滤除处理，提高了后续的目标参数的估计精度。
本发明可根据探测需求，对雷达的覆盖区域进行划分，划分出关注区域和非关注区域；且在步骤S31中，对于关注区域内的待检测单元的幅度值检测门限Tamp和方差的进行修正时，λ的取值范围为5～10，本实施例中对于关注区域，λ的取值为9；对于非关注区域内的待检测单元的幅度值检测门限Tamp和方差的进行修正时，λ的取值范围为1～3，本实施例中对于非关注区域，λ的取值为1。
本发明对于非关注区域，通过降低λ的取值，从而实现快速的增加非关注区域内的待检测单元的幅度值检测门限，降低虚假目标的错误检测。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于地面监视雷达的自适应目标检测方法，所述地面监视雷达的方位覆盖范围为0°～X°，距离覆盖范围为0km～Ykm；所述地面监视雷达的方位采样间隔为Δx，量化为若干个方位；距离量化间隔为Δy，在距离上量化为若干个距离库，且每个距离库上均对应有若干个多普勒速度频道即频道；
所述地面监视雷达扫描一帧分别获取此若干个方位上的谱数据信息；
所述谱数据信息包括：该谱数据的方位，该谱数据的时间戳，该谱数据的幅度值，该谱数据所在的待检测单元；
所述待检测单元是由一个距离库和一个频道构成，即每个待检测单元均对应一个距离库和一个频道；
其特征在于，
雷达扫描的当前帧为第t帧，获取第t帧的每个方位上的谱数据信息，且对第t帧的每个方位上的谱数据信息分别进行目标检测，检测出属于目标的谱数据信息；所述目标检测的具体方式，包括以下步骤：
S1，对同一方位上的同一待检测单元的幅度值进行帧间积累，待检测单元的幅度值即为待检测单元上的谱数据的幅度值，且帧间积累的帧数为n；即对第t帧的前n帧的该方位上该待检测单元的幅度值进行积累；
根据所积累的前n帧的该方位上该待检测单元的幅度值，求取该方位上该待检测单元的历史平均值和历史方差δ2 old；
其中，t-i表示在第t帧的前第i帧，即第t-i帧，i＝1,2,…,n；Ampt-i表示在第t-i帧的该方位上该待检测单元的幅度值；
表示该方位上该待检测单元的历史平均值；
δ2 old表示该方位上该待检测单元的历史方差；
S2，对每个方位上每个待检测单元均设置一个幅度值检测门限Tamp和一个方差将该方位上该待检测单元的幅度值检测门限Tamp赋值为该方位上该待检测单元的历史平均值即将该方位上该待检测单元的方差赋值为该方位上该待检测单元的历史方差δ2 old，即
S3，利用每个方位上每个待检测单元的幅度值检测门限Tamp和方差对雷达扫描的当前帧即第t帧的每个方位上每个待检测单元的幅度值进行判断，以判断出属于目标的谱数据信息。
2.根据权利要求1所述的基于地面监视雷达的自适应目标检测方法，其特征在于，步骤S3中，包括以下步骤：
S31，若雷达扫描的当前帧即第t帧的某方位上某待检测单元的幅度值为Ampt，先根据第t帧的该方位上该待检测单元的幅度值Ampt，对该方位上该待检测单元的幅度值检测门限Tamp和方差进行修正，得到修正后的该方位上该待检测单元的幅度值检测门限T′amp和修正后的该方位上该待检测单元的方差具体修正方式如下所示：
若|Ampt-Tamp|＜α且则修正后的该方位上该待检测单元的幅度值检测门限T′amp和方差保持值不变，即 其中，α表示该方位上该待检测单元的幅度增量参数，β表示该方位上该待检测单元的方差一致性参数；
否则，将该方位上该待检测单元的幅度值检测门限Tamp修正为即将该方位上该待检测单元的方差修正为即
其中，T′amp表示修正后该方位上该待检测单元的幅度值检测门限；表示修正后的该方位上该待检测单元的方差；
S32，根据修正后的该方位上该待检测单元的幅度值检测门限T′amp和方差对第t帧的该方位上该待检测单元的幅度值Ampt进行判断；具体判断方式如下所示：
若则第t帧的该方位上该待检测单元上的谱数据信息为属于目标的谱数据信息；
否则，第t帧的该方位上该待检测单元上的谱数据信息不属于目标的谱数据信息。
3.根据权利要求1所述的基于地面监视雷达的自适应目标检测方法，其特征在于，在进行目标检测之前，设置一个初始门限值，若某个方位上某个待检测单元上的谱数据的幅度值低于该初始门限值，则判定该方位上该个待检测单元上的谱数据信息为不属于目标的谱数据信息。
4.根据权利要求2所述的基于地面监视雷达的自适应目标检测方法，其特征在于，步骤S31中，
测试时，对雷达覆盖的距离范围进行划分，每隔一定数量个距离库划分为一个距离段，根据目标在不同距离段内的幅度值分布情况，计算目标在该距离段内的幅度值最大值和幅度值最小值的差值，并将该差值的绝对值作为该距离段内的幅度值增量参数α，从而得到与该距离段内的距离库相对应的待检测单元的幅度值增量参数α；
且与该距离段内的距离库相对应的待检测单元的方差一致性参数β的取值为该待检测单元的幅度增量参数α的三分之一。
5.根据权利要求2所述的基于地面监视雷达的自适应目标检测方法，其特征在于，根据探测需求，对雷达的覆盖区域进行划分，划分出关注区域和非关注区域；
步骤S31中，对于关注区域内的待检测单元的幅度值检测门限Tamp和方差的进行修正时，λ的取值范围为5～10；对于非关注区域内的待检测单元的幅度值检测门限Tamp和方差的进行修正时，λ的取值范围为1～3。
6.根据权利要求1所述的基于地面监视雷达的自适应目标检测方法，其特征在于，在进行目标检测之后，将每个方位上与零频道相对应的待检测单元上的谱数据信息均判定为不属于目标的谱数据信息。
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