CN110879390B - 一种基于父子结点遍历的距离多普勒平面点迹凝聚方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于父子结点遍历的距离多普勒平面点迹凝聚方法，通过对距离维凝聚后得到的点迹进行父子结点遍历，来得到每个目标的点迹凝聚结果，包括以下步骤：(a)对经过恒虚警和杂波图门限检测得到的点迹先按多普勒通道号从小到大进行排序，然后在同一个多普勒通道号内再按距离单元号从小到大排序；(b)在每个多普勒通道分别进行距离维凝聚；(c)分别对每个距离维凝聚后的点迹建立父子结点索引；(d)对建立索引后的点迹根据父子结点进行遍历，得到最终的距离多普勒平面凝聚结果。
Description
技术领域
本发明涉及雷达信号处理领域，尤其涉及点迹凝聚方法。本发明具体涉及一种基于父子结点遍历的距离多普勒平面点迹凝聚方法。
背景技术
线性调频的脉冲多普勒雷达中信号处理的一般处理流程是AD采样，数字下变频，数字波束形成，脉冲压缩，动目标检测，恒虚警检测，杂波图，点迹凝聚，目标测角等。对于多数相控阵雷达，点迹凝聚需要在方位维、俯仰维、多普勒维以及距离维进行，本发明专利只关注距离维和多普勒维的点迹凝聚。
目前大多数相控阵雷达的信号处理算法都是在FPGA+DSP架构上实现的，FPGA由于是并行处理所以处理能力强，但是FPGA布局布线速度比较慢，调试过程中修改代码不方便，所以一般只用于修改概率比较低的算法，如AD采样，数字下变频，数字波束形成。而后续的脉冲压缩，动目标检测，恒虚警检测，杂波图，点迹凝聚，目标测角都是在DSP中完成的。
为了在DSP中快速实现点迹凝聚，目前很多雷达都是采用“十字法”，也即先对每个多普勒通道分别利用质心法进行距离维凝聚，然后对每个距离单元分别利用质心法进行多普勒维凝聚。由于目标起伏和系统测量误差等原因，经过距离维凝聚后，同一目标在相邻的多普勒通道中对应的距离单元可能存在一定的偏差，即在相邻的多普勒通道间，经过距离维凝聚得到的距离单元由于误差而无法“对齐”，因此，如果采用传统的“十字法”进行凝聚，则无法将本属于同一目标的点迹凝聚在一起，从而出现一个目标在凝聚后分裂成多个目标的情况。
发明内容
要解决的技术问题
为了解决现有技术中“十字法”可能出现的一个目标凝聚后分裂成多个目标的问题，本发明提出一种基于父子结点遍历的距离多普勒平面点迹凝聚方法。
技术方案
一种基于父子结点遍历的距离多普勒平面点迹凝聚方法，通过对距离维凝聚后得到的点迹进行父子结点遍历，得到每个目标的点迹凝聚结果；其特征在于步骤如下：
步骤1：对经过恒虚警和杂波图检测得到的点迹先按多普勒通道号从小到大进行排序，然后在同一个多普勒通道号内再按距离单元号从小到大排序；
步骤2：在每个多普勒通道分别进行距离维凝聚，具体如下：
在同一个多普勒通道中判断同一个目标对应点迹，其判断原则满足如下两个条件：(a)距离上相邻；(b)相邻点迹的幅度差小于一定阈值；
对同一个目标的点迹进行距离维凝聚：(a)选取幅度最大的点迹的距离单元号和幅度作为距离维凝聚结果的距离单元号和幅度；(b)利用下式计算凝聚后的“精确”距离单元号dis_a：
其中，M为当前目标在当前多普勒通道的点迹个数，dis(j)为第j个点迹的距离单元号，amp(j)为第j个点迹的幅度；
在距离维凝聚后，每个点迹得到的信息包括多普勒通道号、距离单元号、幅度和精确距离单元号，记为(dop，dis，amp，dis_a)；
步骤3：分别对每个距离维凝聚后的点迹建立父子结点索引；
步骤4：对建立索引后的点迹根据父子结点进行遍历，得到最终的距离多普勒平面凝聚结果。
所述的步骤3中是通过对距离维凝聚后得到的每个点迹遍历的形式得到对应的父结点和子结点的索引。
所述步骤4中对每个距离维凝聚后的点迹增加一个统计标志，初始为0表示未统计过，统计后置1，用于在遍历时判断是否已经统计过该点迹。
所述步骤4中两个点迹被判断为同一个目标对应点迹的原则为两个结点互为父子结点。
所述步骤4中通过对判断为同一个目标的点迹通过下式得到目标的最终信息：目标幅度amp_max，目标精确距离单元号dis_a，目标精确多普勒单元号dop_a；
其中，N为点迹的个数。
有益效果
本发明的方法在距离维凝聚后根据父子结点进行遍历，而不是像“十字法”仅对相同距离单元点迹进行多普勒维凝聚，所以可以避免由于距离维凝聚得到的距离单元无法“对齐”而导致的一个目标分裂成多个的问题。
附图说明
图1为包括五个父结点和五个子结点的结点示意图，其中：C是示例结点(假设多普勒通道号是i，距离单元号是j)；p1，p2，p3，p4，p5是结点C的五个父结点(多普勒通道号是i+1，距离单元号分别是j-2，j-1，j，j+1，j+2)；s1，s2，s3，s4，s5是结点C的五个子结点(多普勒通道号是i-1，距离单元号分别是j-2，j-1，j，j+1，j+2)。
图2为本发明方法之步骤的流程图。
图3为距离多普勒平面的点迹分布图示例。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明提供了一种基于父子结点遍历的距离多普勒平面点迹凝聚方法，通过对距离维凝聚后得到的点迹进行父子结点遍历，来得到每个目标的点迹凝聚结果，包括以下步骤：(a)对经过恒虚警和杂波图门限检测得到的点迹先按多普勒通道号从小到大进行排序，然后在同一个多普勒通道号内再按距离单元号从小到大排序；(b)在每个多普勒通道分别进行距离维凝聚；(c)分别对每个距离维凝聚后的点迹建立父子结点索引；(d)对建立索引后的点迹根据父子结点进行遍历，得到最终的距离多普勒平面凝聚结果。
本发明中提到的父子结点的概念是指在距离多普勒平面中，多普勒通道号比当前结点的大1和小1的邻近结点。父子结点的个数可调节，假设当前结点的坐标为(i,j)，父子结点个数分别为2N+1，那么父结点的坐标分别为(i+1,j-N),(i+1,j-N+1)…(i+1,j-1)，(i+1,j),(i+1,j+1)…(i+1,j+N-1),(i+1,j+N)，子结点的坐标分别为(i-1,j-N),(i-1,j-N+1)…(i-1,j-1)，(i-1,j),(i-1,j+1)…(i-1,j+N-1),(i-1,j+N)。图1示出了包括五个父结点(p1，p2，p3，p4，p5)和五个子结点(s1，s2，s3，s4，s5)的结点C的示意图。
图2描述了基于父子结点遍历的距离多普勒平面点迹凝聚方法的步骤。
在步骤S101中，对经过横虚警和杂波图门限检测得到的点迹先按多普勒通道号从小到大进行排序，然后在同一个多普勒通道号内再按距离单元号从小到大排序。由于当前雷达信号处理系统中，大多数的点迹凝聚算法都是在DSP中实现的(还有部分在CPU等)，由于DSP和CPU基本都是多核并行处理，所以经过横虚警检测和杂波图门限检测得到的点迹一般不是有序排列的。为了算法实现的便利性，有必要对检测得到的点迹先按多普勒通道号从小到大进行排序，然后在同一个多普勒通道号内再按距离单元号从小到大排序，以得到有序的点迹数组。
在步骤S102中，对经过排序的点迹在每个多普勒通道分别进行距离维凝聚。在同一个多普勒通道中判断为同一个目标对应点迹的原则为：(a)距离上相邻；(b)相邻点迹的幅度差小于一定阈值。
对于判断为同一个目标的点迹进行距离维凝聚，具体为：(a)选取幅度最大的点迹的距离单元号和幅度作为距离维凝聚结果的距离单元号和幅度；(b)利用式(1)计算得到凝聚后的初始“精确”距离单元号dis_a。
其中M为当前目标在当前多普勒通道的点迹个数，dis(j)为第j个点迹的距离单元号，amp(j)为第j个点迹的幅度。
在距离维凝聚后，每个点迹得到的信息包括(多普勒通道号，距离单元号，幅度，初始精确距离单元号)，记为(dop，dis，amp，dis_b)。
在图3的示例中，阴影部分的结点属于同一目标的点迹，距离维凝聚后得到结果P(i+2,j+2,amp(p),dis_b(p))，Q(i+1,j+2,amp(q),dis_b(q))，R(i,j+3,amp(r),dis_b(r))。
在步骤S103中，对距离维凝聚后得到的每个点迹，通过遍历的形式得到对应的父结点和子结点的索引。
在图3的示例中就是对P，Q，R进行遍历建立索引，假设在图3示例中父子结点的个数分别为5。建立索引的流程为：
(a)遍历所有点迹(P，Q，R)建立P的父子结点索引，得到P拥有第3子结点Q；
(b)遍历所有点迹(P，Q，R)建立Q的父子结点索引，得到Q拥有第3父结点P，第4子结点R；
(c)遍历所有点迹(P，Q，R)建立R的父子结点索引，得到R拥有第2父结点Q。
在步骤S104中，对建立索引的点迹根据父子结点进行遍历，得到最终的距离多普勒平面凝聚结果。
可以看出如果两个结点有父子关系(如P和Q)，那么在两个结点的索引里都会建立连接(如P拥有子结点Q，Q拥有父结点P)，为了避免在遍历时统计两次，需要对每个距离维凝聚后的点迹增加一个统计标志(初始为0表示未统计过，统计后置1)，用于在遍历时判断是否已经统计过。
以分别拥有5个父结点和5个子结点为例说明该步骤具体流程，其中在步骤S102距离维凝聚后的点迹个数为T，最终凝聚得到的目标个数为num，结点k的第i(1-5)个父结点和子结点分别表示为k->pi，k->si。
对于图3示例的目标根据该算法流程处理完后，得到的凝聚后的目标的幅度amp_t，精确多普勒单元号dop_t，精确距离单元号dis_t分别为：
Claims (5)
1.一种基于父子结点遍历的距离多普勒平面点迹凝聚方法，通过对距离维凝聚后得到的点迹进行父子结点遍历，得到每个目标的点迹凝聚结果；其特征在于步骤如下：
步骤1：对经过恒虚警和杂波图检测得到的点迹先按多普勒通道号从小到大进行排序，然后在同一个多普勒通道号内再按距离单元号从小到大排序；
步骤2：在每个多普勒通道分别进行距离维凝聚，具体如下：
在同一个多普勒通道中判断同一个目标对应点迹，其判断原则满足如下两个条件：(a)距离上相邻；(b)相邻点迹的幅度差小于一定阈值；
对同一个目标的点迹进行距离维凝聚：(a)选取幅度最大的点迹的距离单元号和幅度作为距离维凝聚结果的距离单元号和幅度；(b)利用下式计算凝聚后的初始“精确”距离单元号dis_b：
其中，M为当前目标在当前多普勒通道的点迹个数，dis(j)为第j个点迹的距离单元号，amp(j)为第j个点迹的幅度；
在距离维凝聚后，每个点迹得到的信息包括多普勒通道号、距离单元号、幅度和精确距离单元号，记为(dop，dis，amp，dis_a)；
步骤3：分别对每个距离维凝聚后的点迹建立父子结点索引；所述的父子结点的概念是指在距离多普勒平面中，多普勒通道号比当前结点的大1和小1的邻近结点；
步骤4：对建立索引后的点迹根据父子结点进行遍历，得到最终的距离多普勒平面凝聚结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于父子结点遍历的距离多普勒平面点迹凝聚方法，其特征在于所述的步骤3中是通过对距离维凝聚后得到的每个点迹遍历的形式得到对应的父结点和子结点的索引。
3.根据权利要求1所述的一种基于父子结点遍历的距离多普勒平面点迹凝聚方法，其特征在于所述步骤4中对每个距离维凝聚后的点迹增加一个统计标志，初始为0表示未统计过，统计后置1，用于在遍历时判断是否已经统计过该点迹。
4.根据权利要求1所述的一种基于父子结点遍历的距离多普勒平面点迹凝聚方法，其特征在于所述步骤4中两个点迹被判断为同一个目标对应点迹的原则为两个结点互为父子结点。
5.根据权利要求1所述的一种基于父子结点遍历的距离多普勒平面点迹凝聚方法，其特征在于所述步骤4中通过对判断为同一个目标的点迹通过下式得到目标的最终信息：目标幅度amp_max，目标最终精确距离单元号dis_a，目标最终精确多普勒通道号dop_a；
其中，N为点迹的个数。
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