CN111123236A - 地面固定动目标自适应抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了地面固定动目标自适应抑制方法，涉及雷达杂波抑制领域，该方法包括：获取第一次恒虚警检测处理后输出的所有回波信号频谱；除静止目标外的其余回波信号频谱中依次选取待测频点并记录其待测功率；在速度维上在待测频点的两侧设置第一检测窗口和第二检测窗口并对窗口内的各个频点进行回波幅度的功率采样；若待测频点功率分别减去所有窗口的平均功率和预设阈值后的值大于等于零，则保留待测频点，否则滤除待测频点；通过本申请的待测频点的过滤方法，对各个待测频点在速度维上进行幅度检测、比较及识别处理，把地面固定动目标等杂波提前滤除，使其不能进入后级目标跟踪处理环节，降低了虚警率，从而提高了雷达的实用性。

Description

地面固定动目标自适应抑制方法
技术领域
本发明涉及雷达杂波抑制领域，尤其是地面固定动目标自适应抑制方法。
背景技术
随着低空空域的逐步开放，对要地周边低空空域的监控管理、安全防范工作越来越紧迫而重要。目前使用小型微波雷达对低空/超低空飞行目标进行探测、跟踪和预警，无隙缝覆盖边境线、要地周边地区，全天候、全空域提供入侵低空、慢速、小目标的警戒信息，这方面的市场需求紧迫、市场前景广阔。因此，雷达是否能够有效检测出低、小、慢入侵目标，对具有类似入侵目标信号特征的杂散信号的鉴别及滤除能力，是考察产品能否工程化应用的重要方面。入侵目标一般包括无人机目标形成的回波信号，杂散信号包括如空调外机风扇、工程塔吊等固定动目标形成的回波信号，是在雷达目标检测处理时需要滤除掉的。为了更准确有效地探测、识别真正的无人机等目标，必须对具有类似特征的其他杂散信号进行识别及提前预处理。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了地面固定动目标自适应抑制方法，通过统计分析不同地面固定动目标信号的回波频谱特征及真实入侵目标信号回波频谱特征，针对两者频谱差异，确定频谱检测及比对筛选策略，在确保能够准确无误检测到真实入侵目标信号、并满足原设计功能性能及指标要求的前提下，有效滤除虚警信号。本发明的技术方案如下：
地面固定动目标自适应抑制方法，包括如下步骤：
步骤1、获取第一次恒虚警率检测处理后的回波信号频谱，回波信号频谱包括入侵目标、地面固定动目标和静止目标的回波信号的频谱，回波信号频谱包括回波信号在速度维、距离维和幅度维的频谱；
步骤2、在除静止目标对应的回波信号之外的其余回波信号对应的频谱中依次选取各个频点作为待测频点，根据待测频点在幅度维上的回波幅度确定待测频点的待测功率；
步骤3、通过第一检测窗和第二检测窗对回波信号频谱中在速度维上位于待测频点两侧的各个频点进行幅度维的采样，第一检测窗和第二检测窗在速度维上与待测频点间隔相同距离；
步骤4、根据第一检测窗采样到的各个频点的回波幅度确定第一检测窗口功率，根据第二检测窗采样到的各个频点的回波幅度确定第二检测窗口功率；
步骤5、检测是否满足
Figure BDA0002346326660000021
其中，Pw为待测功率，Pj为预设阈值，Pz1为第一检测窗口功率，Pz2为第二检测窗口功率，k1为第一检测窗对应的加权参数，k2为第二检测窗对应的加权参数；
步骤6、若满足，则保留待测频点；若不满足，则滤除待测频点。
其进一步的技术方案为，方法还包括：
在回波信号频谱中在速度维上位于待测频点两侧且与待测频点间隔相同距离处分别设置规格相同的第一窗口和第二窗口；
若第一窗口和第二窗口均未覆盖静止目标对应的回波信号，则确定第一窗口为第一检测窗，确定第二窗口为第二检测窗；
若第二窗口覆盖静止目标对应的回波信号，则第二窗口中去除静止目标对应的回波信号所在的区域形成第二检测窗，并对第一窗口相对于第二窗口反向延长形成第一检测窗，第一检测窗和第二检测窗的总宽度与第一窗口和第二窗口的总宽度相等。
其进一步的技术方案为，第一窗口和第二窗口的宽度相等且为3-6个速度门值。
其进一步的技术方案为，方法还包括：
在回波信号频谱中在速度维上位于待测频点两侧分别设置保护窗，保护窗的宽度与待测频点在速度维上与第一检测窗和第二检测窗间隔的距离相等且为1-2个速度门值。
其进一步的技术方案为，方法还包括：
检测回波信号频谱中各个频点的幅度维的回波幅度是否小于预设功率阈值；
若回波幅度达到预设功率阈值，则确定频点属于静止目标对应的回波信号。
本发明的有益技术效果是：
本申请公开的地面固定动目标自适应抑制方法，主要针对入侵目标回波特性与地面固定动目标回波特性的差异，通过获取第一次恒虚警检测处理后输出的所有回波信号频谱，除静止目标外的其余回波信号频谱中依次选取各个频点为待测频点进行特征频谱解析确定其待测频点功率后，通过在速度维上设置的检测窗可以有效的获取窗内各个频点的回波幅度的平均功率，并且本申请还对检测窗内是否包含了静止目标的回波信号进行了检测和处理，提高了方法的可行性和甄别目标的准确性；通过比较待测功率分别减去预设阈值和平均功率后的值的大小，来区分待测频点是否为地面固定动目标从而进行过滤，使其不能进入后级目标跟踪处理环节，通过在速度维上设置的保护窗可以防止对待测频点自身进行幅度回波采集，使探测雷达能够更有效地跟踪及甄别目标，筛选出真正具有威胁的低、小、慢入侵目标，降低了虚警率，从而提高了雷达在全天候工作条件下的实用性。
附图说明
图1是入侵目标的回波信号的三维频谱视图。
图2是地面固定动目标的回波信号的三维频谱视图。
图3是入侵目标、地面固定动目标及其他杂波的回波信号的三维频谱视图。
图4是本申请公开的地面固定动目标自适应抑制方法的流程图。
图5是本申请公开的检测窗、保护窗与待测频点在速度维上的分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
在本申请中，低、小、慢入侵目标以无人机目标为例进行解析，请参考图1，其示出了面向雷达飞行的无人机目标的回波信号的三维频谱视图。典型的无人机目标的回波信号在三维频谱视图上表现为相对孤立的锥状体目标点，其中，三维频谱分别为速度维、距离维和幅度维的频谱，锥状体目标点的三维坐标为(10.8486，1885.5998，91.028)，锥状体目标点1周围除幅度相对较小的无人机螺旋机翼回波谱(较锥状点目标1的幅度谱低25dB以上)外，其附近位置主要分布为相对均匀的噪声谱，根据无人机目标飞行方向不同(远离雷达飞行或面向雷达飞行)，无人机目标的回波频谱将处于整张三维图谱的左边或右边。
请参考图2，其示出了面向雷达转动的地面固定动目标的回波信号的三维频谱视图。地面固定动目标主要包括空调外机风扇、工程塔吊等地面位置相对固定，但自身有运动速度的目标，这些目标回波频谱在速度向表现为从零到几十米每秒的宽带频谱，在距离向表现为相对固定的窄带频谱，从三维角度进行图谱观察表现为带状目标信号。
请参考图3，其示出了入侵目标、地面固定动目标及其他杂波的回波信号的三维频谱视图。其中，地面固定动目标的回波信号在速度维上成带状分布，无人机目标的回波信号在速度维上为相对孤立的锥状体，其他杂散目标的回波信号的幅度值相对较低，这为目标的分辨及筛选处理提供了可能。
为了有效抑制地面固定动目标杂波，本申请公开的地面固定动目标自适应抑制方法，对大量地面固定动目标的回波信号的谱图进行了统计分析，并归纳汇总了其与真实入侵无人机目标的回波信号的谱图差异，如图4所示，该方法包括如下步骤：
步骤1、获取第一次恒虚警率检测处理后的回波信号频谱，回波信号频谱包括入侵目标、地面固定动目标和静止目标的回波信号的频谱，回波信号频谱包括回波信号在速度维、距离维和幅度维的频谱。
步骤2、在除静止目标对应的回波信号之外的其余回波信号对应的频谱中依次选取各个频点作为待测频点，根据待测频点在幅度维上的回波幅度确定待测频点的待测功率Pw，以及确定待测频点在速度维和距离维上的具体频谱参数。在本申请中，确定静止目标的回波信号的方法如下：
检测回波信号频谱中各个频点的幅度维的回波幅度是否小于预设功率阈值。若回波幅度达到预设功率阈值，则确定频点属于静止目标对应的回波信号。
步骤3、通过第一检测窗和第二检测窗对回波信号频谱中在速度维上位于待测频点两侧的各个频点进行幅度维的采样，第一检测窗和第二检测窗在速度维上与待测频点间隔相同距离。
在本申请中，设置检测窗之前，先在回波信号频谱中在速度维上位于待测频点两侧分别设置保护窗，保护窗的宽度与待测频点在速度维上与第一检测窗和第二检测窗间隔的距离相等且为1-2个速度门值。保护窗与待测频点的分布如图5所示，保护窗分别设置在紧邻待测频点的左侧和右侧。由于保护窗紧邻待测频点并设置在待测频点的两侧，可以防止对待测频点自身进行幅度回波采集。本申请中单个速度门值的具体取值为预设值，通常是根据经验取得的，速度门值的参数选取原则为既要确保待测频点不受影响，又能够有效抑制处理地面固定动目标和其他杂散信号。
在本申请中，第一检测窗和第二检测窗的具体设置方法如下：
在回波信号频谱中在速度维上位于待测频点两侧且与待测频点间隔相同距离处分别设置规格相同的第一窗口和第二窗口，且第一窗口和第二窗口的宽度相等且为3-6个速度门值。
若第一窗口和第二窗口均未覆盖静止目标对应的回波信号，则确定第一窗口为第一检测窗，确定第二窗口为第二检测窗。比如在本申请中，第一窗口和第二窗口分别设置在待测频点的左侧和右侧。
若第二窗口覆盖静止目标对应的回波信号，则第二窗口中去除静止目标对应的回波信号所在的区域形成第二检测窗，并对第一窗口相对于第二窗口反向延长形成第一检测窗，第一检测窗和第二检测窗的总宽度与第一窗口和第二窗口的总宽度相等。若第一窗口覆盖静止目标对应的回波信号，则处理方法的原理与处理第二窗口的原理相同，在此不进行赘述。
在本申请中，第一检测窗和第二检测窗的位置及其宽度的参数值是通过对大量的地面固定动目标的回波信号进行实验和测试得出的经验值，因此本申请对其不做详细的介绍。
步骤4、根据第一检测窗采样到的各个频点的回波幅度确定第一检测窗口功率Pz1，根据第二检测窗采样到的各个频点的回波幅度确定第二检测窗口功率Pz2。
步骤5、检测是否满足
Figure BDA0002346326660000051
其中，Pw为待测功率，Pj为预设阈值，Pz1为第一检测窗口功率，Pz2为第二检测窗口功率，k1为第一检测窗对应的加权参数，k2为第二检测窗对应的加权参数。
步骤6、若满足，则保留待测频点作为入侵目标，将步骤1中记录的三维频谱的频谱数据(速度位置、距离位置和待测功率)送至后级目标跟踪处理环节。若不满足，则将待测频点作为虚警信号并滤除待测频点。
本申请主要针对入侵目标回波特性与地面固定动目标回波特性的差异，通过获取第一次恒虚警检测处理后输出的所有回波信号频谱，除静止目标外的其余回波信号频谱中依次选取各个频点为待测频点进行特征频谱解析确定其待测频点功率后，通过在速度维上设置的检测窗可以有效的获取窗内各个频点的回波幅度的平均功率，并且本申请还对检测窗内是否包含了静止目标的回波信号进行了检测和处理，提高了方法的可行性和甄别目标的准确性；通过比较待测功率与预设阈值和平均功率之和的大小，来区分待测频点是否为地面固定动目标从而进行过滤，使其不能进入后级目标跟踪处理环节，通过在速度维上设置的保护窗可以防止对待测频点自身进行幅度回波采集，使探测雷达能够更有效地跟踪及甄别目标，筛选出真正具有威胁的低、小、慢入侵目标，降低了虚警率，从而提高了雷达在全天候工作条件下的实用性。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.地面固定动目标自适应抑制方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、获取第一次恒虚警率检测处理后的回波信号频谱，所述回波信号频谱包括入侵目标、地面固定动目标和静止目标的回波信号的频谱，所述回波信号频谱包括回波信号在速度维、距离维和幅度维的频谱；
步骤2、在除静止目标对应的回波信号之外的其余回波信号对应的频谱中依次选取各个频点作为待测频点，根据所述待测频点在幅度维上的回波幅度确定所述待测频点的待测功率；
步骤3、通过第一检测窗和第二检测窗对所述回波信号频谱中在速度维上位于所述待测频点两侧的各个频点进行幅度维的采样，所述第一检测窗和第二检测窗在速度维上与所述待测频点间隔相同距离；
步骤4、根据所述第一检测窗采样到的各个频点的回波幅度确定第一检测窗口功率，根据所述第二检测窗采样到的各个频点的回波幅度确定第二检测窗口功率；
步骤5、检测是否满足
Figure FDA0002346326650000011
其中，Pw为所述待测功率，Pj为预设阈值，Pz1为所述第一检测窗口功率，Pz2为所述第二检测窗口功率，k1为所述第一检测窗对应的加权参数，k2为所述第二检测窗对应的加权参数；
步骤6、若满足，则保留所述待测频点；若不满足，则滤除所述待测频点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述回波信号频谱中在速度维上位于所述待测频点两侧且与所述待测频点间隔相同距离处分别设置规格相同的第一窗口和第二窗口；
若所述第一窗口和所述第二窗口均未覆盖静止目标对应的回波信号，则确定所述第一窗口为所述第一检测窗，确定所述第二窗口为所述第二检测窗；
若所述第二窗口覆盖静止目标对应的回波信号，则所述第二窗口中去除静止目标对应的回波信号所在的区域形成所述第二检测窗，并对所述第一窗口相对于所述第二窗口反向延长形成所述第一检测窗，所述第一检测窗和所述第二检测窗的总宽度与所述第一窗口和所述第二窗口的总宽度相等。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一窗口和所述第二窗口的宽度相等且为3-6个速度门值。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述回波信号频谱中在速度维上位于所述待测频点两侧分别设置保护窗，所述保护窗的宽度与所述待测频点在速度维上与所述第一检测窗和第二检测窗间隔的距离相等且为1-2个速度门值。
5.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测所述回波信号频谱中各个频点的幅度维的回波幅度是否小于预设功率阈值；
若回波幅度达到所述预设功率阈值，则确定频点属于静止目标对应的回波信号。
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