CN110426692B - 参差加抖动中重频pd模式点迹提取方法 - Google Patents

参差加抖动中重频pd模式点迹提取方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种参差加抖动中重频PD模式点迹提取方法，对输入的雷达脉组视频数据首先进行距离检测凝聚，对满足距离检测准则的距离单元多普勒通道号进行判定，提取距离点迹，对一对抖动脉组距离点迹进行距离解模糊；然后根据多普勒通道号一致性标识进行距离与速度补盲，按照雷达波束扫描方式进行俯仰和方位检测凝聚，计算点迹多维度信息，完成点迹提取过程。本发明方法在距离解模糊之前先进行距离检测凝聚处理，减少了逐距离单元解模糊的计算量，避免了由于目标回波分布在多个距离单元导致解模糊结果不唯一的问题，采用多普勒通道号一致性标识判定减少了距离解模糊产生的虚假点迹数量。

Description

参差加抖动中重频PD模式点迹提取方法
技术领域
本发明涉及雷达信息处理技术。
背景技术
杂波抑制是雷达系统设计和信息处理中需要重点考虑的问题之一，常用的杂波抑制方法有动目标显示(Moving Target Indication，MTI)、动目标检测(Moving TargetDetect，MTD)和脉冲多普勒等。根据《雷达手册》，使最大探测距离不模糊的重频称为低重频(常规MTI和MTD)，使探测目标最大速度不模糊的重频称为高重频，距离和速度均模糊的重频称为中重频，将使用中重频和高重频信号的雷达称为PD(Pulse Doppler，PD)雷达。中重频PD模式不仅对杂波具有良好的抑制性能，由于其处理过程中进行距离解模糊，对非同步的有源虚假目标也同样具有良好的抗干扰能力，广泛应用于雷达系统中。
关于中重频PD，参差脉组设计方法主要有两种，一种是基于距离-速度覆盖率最大化的全参差脉组设计方法，如文献《基于遗传算法的地面中重频PD雷达PRF组选择》(现代雷达，2008，30(9)，pp.33-35)中提出了利用遗传算法基于M/N准则的中重频PD模式参差脉组设计方法，该种设计方式利用N个参差脉组同时实现距离-速度补盲和解模糊；另一种是基于参差加抖动的主副脉组设计方法，在文献《地面雷达中的PD工作方式设计》(电子技术与软件工程，2015,pp.120-122)和《地面三坐标情报雷达中PD工作方式的研究》(南京理工大学硕士学位论文，2013)中对该种设计方式进行了研究和性能分析，利用一对抖动脉组实现距离解模糊，再利用参差脉组实现距离-速度补盲和速度解模糊。点迹提取将信号处理输出的视频数据检测凝聚为点迹信息后，再进行目标关联跟踪滤波处理，上述两种不同的设计方式对应的点迹提取方法也不相同，在文献《参差加抖动解距离模糊方法应用分析》(现代雷达，2011，33(3)，pp.20-23)中，对基于参差加抖动方式实现距离解模糊进行了应用分析，但这些文献均未给出基于参差加抖动中重频PD模式具体的点迹提取方法。
发明内容
本发明的目的是提出一种参差加抖动中重频PD模式点迹提取方法，通过如下技术方案实现：
步骤一：距离检测凝聚；
接收雷达视频数据，对输入的视频数据进行脉组编号，即脉组1、脉组2、脉组3和脉组4，对于每一个脉组的视频数据，先进行距离检测凝聚处理，将分布在多个距离单元中的目标回波凝聚为距离点迹；具体处理过程为：采用Mr/Nr准则沿距离维进行滑窗检测凝聚，设雷达距离分辨力为Rres(单位：米)，距离采样单元大小为ΔR(单位：米)，取
Figure BDA0002137388820000021
其中
Figure BDA0002137388820000022
表示向上取整运算，
Figure BDA0002137388820000023
其中
Figure BDA0002137388820000024
表示向下取整运算；沿距离维滑窗处理，如果连续Nr个距离单元内有≥Mr个单元的数据大于0，则满足距离检测准则，记录此时距离单元为Idstart，继续滑窗处理，直到连续Nr个距离单元内大于0的距离单元个数＜Mr时，记录下此时距离单元为Idend；设最大尺寸目标回波跨越的距离单元个数为Nr_TarMax，如果Idend-Idstart≤Nr_TarMax，则对[Idstart:Idend]连续多个距离单元的多普勒通道号进行判定，如果多普勒通道号变化范围不超过1，则满足距离凝聚条件，对连续多个距离单元采用幅度平方加权的方式进行距离凝聚处理，提取当前脉组距离点迹信息；继续滑窗处理，直至当前所有距离单元全部滑窗检测结束；
步骤二：距离解模糊；
对于一对抖动脉组，即脉组1与2、脉组3与4，当经过距离检测凝聚后，根据距离检测凝聚结果进行距离解模糊处理；对两个脉组提取的距离点迹，遍历搜索一组正整数(k1,k2)使|R1-R2|≤ΔR，此时满足距离解模糊条件，其中R1＝rm1+k1Rmax1，R2＝rm2+k2Rmax2，rm1和rm2为两个脉组距离点迹距离实测值，Rmax1和Rmax2为2个脉组分别对应的最大不模糊距离，(k1,k2)∈[0,Namb]，Namb为最大距离模糊次数，对于不模糊距离内的目标，rm1＝rm2，k1＝0,k2＝0；
距离解模糊具体处理过程为：对脉组1中所有距离点迹Plot1_i进行遍历，在脉组2距离点迹中查找满足距离解模糊条件的点迹Plot2_j及个数N1_i；如果个数N1_i为0，说明脉组2距离点迹中没有满足距离解模糊条件的距离点迹，删除Plot1_i，继续遍历；如果个数N1_i大于0，则对N1_i个点迹的多普勒通道号进行判定，若多普勒通道号差值在±1范围内，则判定为同一目标，解模糊距离为(R1+R2)/2，置该距离点迹多普勒通道号一致性标识为1；如果在通道号±1范围内搜索不到Plot2_j，也进行距离解模糊R1＝rm1+k1Rmax1，置该距离点迹多普勒通道号一致性标识为0，继续遍历完所有距离点迹；脉组3与4距离解模糊的方式与上述过程相同；设脉组1与2距离解模糊后点迹信息为Plot1_m，m＝1,…Mplot_12，Mplot_12为脉组1与2距离解模糊后距离点迹个数；设脉组3与4距离解模糊后点迹信息为Plot2_n，n＝1,…Nplot_34，Nplot_34为脉组3与4距离解模糊后距离点迹个数；
步骤三：距离与速度补盲；
当脉组1与2完成距离解模糊、脉组3与4完成距离解模糊后，对两组距离解模糊结果进行距离与速度补盲，补盲运算为两组距离点迹数据取“或”运算；处理过程为：对于脉组1与2距离解模糊后每一个距离点迹Plot1_m，在脉组3与4距离解模糊后的距离点迹Plot2_n中查找是否存在距离间隔小于采样单元ΔR的距离点迹，如果有，则合并为一个点迹，合并方式为：如果两个点迹的多普勒通道号一致性标识均为1，则对两个点迹信息求平均并保存，如果多普勒通道号一致性标识均为0，则删除当前点迹，如果多普勒通道号一致性标识一个为1另一个为0，则保留多普勒通道号一致性标识为1的点迹；两组距离点迹全部遍历结束后，对于两组点迹中未查找到距离间隔小于采样单元ΔR的距离点迹，保留多普勒通道号一致性标识为1的点迹，删除多普勒通道号一致性标识为0的距离点迹；
步骤四：俯仰与方位检测凝聚；
在完成距离解模糊、距离与速度补盲处理后，得到当前波位距离点迹信息，按照雷达波束扫描方式进行俯仰与方位检测凝聚，俯仰检测凝聚过程为：当一个方位波位上所有俯仰波位提取距离点迹信息后，对于每一个俯仰波位的距离点迹，在相邻俯仰波位中查找是否存在距离间隔小于采样单元ΔR的距离点迹，如果有，则进行俯仰凝聚，将距离点迹信息累加保存，并记录累加的俯仰波位个数，如果没有，则直接缓存当前俯仰波位距离点迹，俯仰波位个数为1；当前方位波位俯仰检测凝聚处理结束后，进行方位检测凝聚；方位检测凝聚过程为：对于上一个方位波位中的所有俯仰凝聚点迹Plotpre_i，i＝1,…Nplot_pre，Nplot_pre为上一个方位波位提取的俯仰凝聚点迹个数，在当前方位波位的俯仰凝聚点迹Plotcur_j中查找是否存在距离误差小于采样单元ΔR、仰角误差小于半波束宽度的点迹，其中j＝1,…Nplot_cur，Nplot_cur为当前方位波位提取的俯仰凝聚点迹个数；如果有，则进行方位凝聚，将俯仰凝聚点迹信息累加保存，并记录累加的方位波位个数，如果没有，则当前点迹Plotpre_i方位检测凝聚结束；
步骤五：点迹时空频多维度信息提取；
当判定点迹方位检测凝聚结束后，采用幅度平方加权的方式，计算点迹时间、点迹距离、点迹仰角、点迹方位和点迹幅度信息；对于两组参差脉组均能够检测到的点迹，利用这两个参差的脉冲重复频率进行多普勒速度估计，实现速度解模糊；根据凝聚为当前点迹的距离单元个数、俯仰和方位波位个数、多普勒通道号一致性标识计算点迹凝聚质量，得到最终的雷达点迹信息，完成点迹提取过程。
本发明方法在距离解模糊之前先进行距离检测凝聚处理，减少了逐距离单元解模糊的计算量，避免了由于目标回波分布在多个距离单元导致解模糊结果不唯一的问题，同时采用多普勒通道号一致性标识判定减少了距离解模糊、距离与速度补盲产生的虚假点迹数量。
附图说明
图1是本发明方法处理流程图。
图2是本发明实施例的九点运动目标仿真场景图。
图3是采用常规MTD模式得到的视频数据P显图。
图4是本发明实施例采用中重频PD模式得到的视频数据P显图。
图5是本发明实施例对速度和初始位置固定的9批目标仿真点迹提取结果图。
图6是本发明实施例对速度和初始位置随机的30批目标仿真点迹提取结果图。
图7是本发明实施例200次仿真目标点迹和虚假点迹个数统计结果图。
具体实施方式
本发明参差加抖动中重频PD模式点迹提取方法处理流程如图1所示，基于参差加抖动方式设计的中重频PD模式利用一对重复周期抖动的脉组实现距离解模糊，利用脉组参差实现距离-速度补盲和速度解模糊。结合流程图和实施例，对本发明方法实施方式作具体阐述，处理过程如下：
步骤一：距离检测凝聚；
接收雷达视频数据，对输入的视频数据进行脉组编号，即脉组1、脉组2、脉组3和脉组4，对于每一个脉组的视频数据，先进行距离检测凝聚处理，将分布在多个距离单元中的目标回波凝聚为距离点迹；具体处理过程为：采用Mr/Nr准则沿距离维进行滑窗检测凝聚，设雷达距离分辨力为Rres(单位：米)，距离采样单元大小为ΔR(单位：米)，取
Figure BDA0002137388820000041
其中
Figure BDA0002137388820000042
表示向上取整运算，
Figure BDA0002137388820000043
其中
Figure BDA0002137388820000044
表示向下取整运算；沿距离维滑窗处理，如果连续Nr个距离单元内有≥Mr个单元的数据大于0，则满足距离检测准则，记录此时距离单元为Idstart，继续滑窗处理，直到连续Nr个距离单元内大于0的距离单元个数＜Mr时，记录下此时距离单元为Idend；设最大尺寸目标回波跨越的距离单元个数为Nr_TarMax，如果Idend-Idstart≤Nr_TarMax，则对[Idstart:Idend]连续多个距离单元的多普勒通道号进行判定，如果多普勒通道号变化范围不超过1，则满足距离凝聚条件，对连续多个距离单元采用幅度平方加权的方式进行距离凝聚处理，提取当前脉组距离点迹信息；继续滑窗处理，直至当前所有距离单元全部滑窗检测结束；
步骤二：距离解模糊；
对于一对抖动脉组，即脉组1与2、脉组3与4，当经过距离检测凝聚后，根据距离检测凝聚结果进行距离解模糊处理；对两个脉组提取的距离点迹，遍历搜索一组正整数(k1,k2)使|R1-R2|≤ΔR，此时满足距离解模糊条件，其中R1＝rm1+k1Rmax1，R2＝rm2+k2Rmax2，rm1和rm2为两个脉组距离点迹距离实测值，Rmax1和Rmax2为2个脉组分别对应的最大不模糊距离，(k1,k2)∈[0,Namb]，Namb为最大距离模糊次数，对于不模糊距离内的目标，rm1＝rm2，k1＝0,k2＝0；
距离解模糊具体处理过程为：对脉组1中所有距离点迹Plot1_i进行遍历，在脉组2距离点迹中查找满足距离解模糊条件的点迹Plot2_j及个数N1_i；如果个数N1_i为0，说明脉组2距离点迹中没有满足距离解模糊条件的距离点迹，删除Plot1_i，继续遍历；如果个数N1_i大于0，则对N1_i个点迹的多普勒通道号进行判定，若多普勒通道号差值在±1范围内，则判定为同一目标，解模糊距离为(R1+R2)/2，置该距离点迹多普勒通道号一致性标识为1；如果在通道号±1范围内搜索不到Plot2_j，也进行距离解模糊R1＝rm1+k1Rmax1，置该距离点迹多普勒通道号一致性标识为0，继续遍历完所有距离点迹；脉组3与4距离解模糊的方式与上述过程相同；设脉组1与2距离解模糊后点迹信息为Plot1_m，m＝1,…Mplot_12，Mplot_12为脉组1与2距离解模糊后距离点迹个数；设脉组3与4距离解模糊后点迹信息为Plot2_n，n＝1,…Nplot_34，Nplot_34为脉组3与4距离解模糊后距离点迹个数；
步骤三：距离与速度补盲；
当脉组1与2完成距离解模糊、脉组3与4完成距离解模糊后，对两组距离解模糊结果进行距离与速度补盲，补盲运算为两组距离点迹数据取“或”运算；处理过程为：对于脉组1与2距离解模糊后每一个距离点迹Plot1_m，在脉组3与4距离解模糊后的距离点迹Plot2_n中查找是否存在距离间隔小于采样单元ΔR的距离点迹，如果有，则合并为一个点迹，合并方式为：如果两个点迹的多普勒通道号一致性标识均为1，则对两个点迹信息求平均并保存，如果多普勒通道号一致性标识均为0，则删除当前点迹，如果多普勒通道号一致性标识一个为1另一个为0，则保留多普勒通道号一致性标识为1的点迹；两组距离点迹全部遍历结束后，对于两组点迹中未查找到距离间隔小于采样单元ΔR的距离点迹，保留多普勒通道号一致性标识为1的点迹，删除多普勒通道号一致性标识为0的距离点迹；
步骤四：俯仰与方位检测凝聚；
在完成距离解模糊、距离与速度补盲处理后，得到当前波位距离点迹信息，按照雷达波束扫描方式进行俯仰与方位检测凝聚，俯仰检测凝聚过程为：当一个方位波位上所有俯仰波位提取距离点迹信息后，对于每一个俯仰波位的距离点迹，在相邻俯仰波位中查找是否存在距离间隔小于采样单元ΔR的距离点迹，如果有，则进行俯仰凝聚，将距离点迹信息累加保存，并记录累加的俯仰波位个数，如果没有，则直接缓存当前俯仰波位距离点迹，俯仰波位个数为1；当前方位波位俯仰检测凝聚处理结束后，进行方位检测凝聚；方位检测凝聚过程为：对于上一个方位波位中的所有俯仰凝聚点迹Plotpre_i，i＝1,…Nplot_pre，Nplot_pre为上一个方位波位提取的俯仰凝聚点迹个数，在当前方位波位的俯仰凝聚点迹Plotcur_j中查找是否存在距离误差小于采样单元ΔR、仰角误差小于半波束宽度的点迹，其中j＝1,…Nplot_cur，Nplot_cur为当前方位波位提取的俯仰凝聚点迹个数；如果有，则进行方位凝聚，将俯仰凝聚点迹信息累加保存，并记录累加的方位波位个数，如果没有，则当前点迹Plotpre_i方位检测凝聚结束；
步骤五：点迹时空频多维度信息提取；
当判定点迹方位检测凝聚结束后，采用幅度平方加权的方式，计算点迹时间、点迹距离、点迹仰角、点迹方位和点迹幅度信息；对于两组参差脉组均能够检测到的点迹，利用这两个参差的脉冲重复频率进行多普勒速度估计，实现速度解模糊；根据凝聚为当前点迹的距离单元个数、俯仰和方位波位个数、多普勒通道号一致性标识计算点迹凝聚质量，得到最终的雷达点迹信息，完成点迹提取过程。
本发明实施例采用仿真数据验证：设雷达探测范围为距离0-60km，方位±48°，四组脉组重复周期选择为139us、141us、164us和166us；仿真场景设置为，以(35km，0°)为中心、间隔5km/12°的九个运动目标，如图2所示，运动速度均为500m/s；采用常规MTD模式得到的视频数据如图3所示，图3距离量程为0-60km，采用中重频PD模式得到的视频数据如图4所示，图4距离量程为0-25km，从图中可以看出目标回波在距离上存在模糊折叠，利用本发明方法提取得到的点迹如图5所示，从图中可以看出点迹位置与真值位置吻合；为进一步验证本发明方法的正确性，仿真200次速度和初始位置随机的30批目标，其中一次点迹提取结果如图6所示，200次仿真结果统计的目标点迹个数和虚假点迹个数如图7所示，从图中可以看出每次仿真处理结果虚假点迹个数不超过3个。仿真验证了本发明参差加抖动中重频PD模式点迹提取方法的正确性。

Claims (2)

1.参差加抖动中重频PD模式点迹提取方法，其特征在于：
步骤一：距离检测凝聚，对接收的每一个雷达脉组视频数据进行距离检测凝聚，对满足距离检测准则的连续多个距离单元采用幅度平方加权的方式进行距离凝聚，对凝聚的距离单元多普勒通道号进行判定，提取当前脉组距离点迹信息；
步骤二：距离解模糊，对于一对抖动脉组，对两个脉组的距离点迹进行距离解模糊，对多普勒通道号一致性标识进行判定，提取一对抖动脉组距离解模糊后的点迹信息；
步骤三：距离与速度补盲，当完成两对抖动脉组距离解模糊处理后，对距离解模糊后的两组距离点迹进行距离与速度补盲，提取当前波位经过距离解模糊、距离与速度补盲后的距离点迹信息；
步骤四：俯仰与方位检测凝聚，当一个方位波位上所有俯仰波位提取距离点迹信息后，进行俯仰检测凝聚，当前方位波位俯仰检测凝聚处理结束后，进行方位检测凝聚；
步骤五：点迹时空频多维度信息提取，采用幅度平方加权的方式，计算点迹时间、点迹距离、点迹仰角、点迹方位和点迹幅度信息；对点迹多普勒速度进行估计，实现速度解模糊；根据凝聚为当前点迹的距离单元个数、俯仰和方位波位个数、多普勒通道号一致性标识计算点迹凝聚质量，得到最终的雷达点迹信息，完成点迹提取过程。
2.根据权利要求1所述的参差加抖动中重频PD模式点迹提取方法，其特征在于，步骤二中所述的距离解模糊方法为：对两个脉组提取的距离点迹，遍历搜索一组正整数(k1,k2)使|R1-R2|≤ΔR，所述ΔR为距离采样单元，此时满足距离解模糊条件，其中R1＝rm1+k1Rmax1，R2＝rm2+k2Rmax2，rm1和rm2为两个脉组距离点迹距离实测值，Rmax1和Rmax2为2个脉组分别对应的最大不模糊距离，(k1,k2)∈[0,Namb]，Namb为最大距离模糊次数，对脉组1中所有距离点迹Plot1_i进行遍历，在脉组2距离点迹中查找满足距离解模糊条件的点迹Plot2_j及个数N1_i；如果个数N1_i为0，说明脉组2距离点迹中没有满足距离解模糊条件的距离点迹，删除Plot1_i，继续遍历；如果个数N1_i大于0，则对N1_i个点迹的多普勒通道号进行判定，若多普勒通道号差值在±1范围内，则判定为同一目标，解模糊距离为(R1+R2)/2，置该距离点迹多普勒通道号一致性标识为1；如果在通道号±1范围内搜索不到Plot2_j，也进行距离解模糊R1＝rm1+k1Rmax1，置该距离点迹多普勒通道号一致性标识为0，继续遍历完所有距离点迹。
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