CN113253228A - 一种基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测方法，属于雷达信号技术领域，其包括以下步骤：确定雷达凝聚门限；预留空间变量；若存在目标，则将目标所在角度下各帧中超过检测门限的点构成检测点团；分别统计检测点团所在的距离单元下未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值，并进行编号；对待输出变量进行分析并输出凝聚目标点；若有新一帧检测数据上报，则返回检测，直至所有帧扫描完成。本发明通过以上设计，在不改变凝聚门限的条件下，具有同时实现大目标和小目标凝聚的特点，极大程度地改善了目标凝聚的效果。

Description

一种基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测方法

技术领域

本发明属于雷达信号技术领域，尤其涉及一种基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测方法。

背景技术

对于测距精度和测角精度较高的雷达，在探测距离较近的目标时，若目标体积较大，如汽车、飞机等目标，一般会有大量检测点上报，若目标体积较小，检测点数目相对较少。凝聚算法将大量检测点凝聚为目标点上报，常用的目标凝聚方法一般可以实现小目标凝聚，但对汽车、飞机等大目标的凝聚效果不佳，容易造成目标分裂，目标分裂严重影响目标检测的显示效果。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测方法，在不改变凝聚门限的条件下，具有同时实现大目标和小目标凝聚的特点，极大程度地改善了目标凝聚的效果。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测方法，包括以下步骤：

S1、确定雷达凝聚门限；

S2、预留空间变量，记录待凝聚输出的目标检测点信息；

S3、通过雷达对杂波图的单帧数据进行检测，判断是否存在目标，若是，则将目标所在角度下各帧中超过检测门限的点构成检测点团，并进入步骤S4，否则，重复步骤S3；

S4、根据雷达凝聚门限，利用空间变量分别统计检测点团所在的距离单元下未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值，并对所述未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值进行编号；

S5、根据所述编号，对待输出变量进行分析并输出凝聚目标点；

S6、通过雷达对杂波图进行检测，判断是否有新一帧检测数据上报，若是，则返回步骤S4，否则，完成基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测。

本发明的有益效果是：本发明在不改变凝聚门限的条件下，具有同时实现大目标和小目标凝聚的特点，极大程度地改善了目标凝聚的效果，从而提升了目标检测效果。同时，本发明可以区别大目标和小目标，根据不同场合的设计需求进行目标显示，如机场异物检测雷达(主要用于检测跑道上的常规小目标异物)，用户可选择大目标屏蔽，滤除飞机等大目标凝聚结果，减小常见大目标对系统监视效果的影响。

进一步地，所述步骤S1中的雷达凝聚门限包括：

目标凝聚检测点门限TH_Num，用于当检测点团的检测上报点数超过该门限时，将该检测点团凝聚为一个目标点上报输出；

距离维间隔门限TH_Rn，用于当两个检测点团之间的距离超过该门限时，将该两个检测点团判断为两个目标点上报输出；

角度维间隔门限TH_An，用于当两个检测点团之间的角度超过该门限时，将该两个检测点团判断为两个目标点上报输出；

大目标检测点门限TH_Big，用于当检测点团包含的检测点数目超过该门限时，将该检测点团判断为大目标点上报输出。

上述进一步方案的有益效果是：本发明通过合理设置凝聚门限，有效地保证雷达系统距离分辨率、角度分辨率等指标要求；且本发明算法计算量小，利于DSP实现，可以实时显示目标凝聚的结果。

再进一步地，所述步骤S2中的变量空间包括：

待输出目标点数目Await_Num，用于记录各距离单元下，等待输出的检测点总数；

待输出目标点角度Await_Ang，用于记录各距离单元下，等待输出的检测点角度均值；

待输出目标点幅度Await_Amp，用于记录各距离单元下，等待输出的检测点幅度最大值；

待输出目标点团编号Flag_AreaNo，用于记录各距离单元下，等待输出的检测点团编号；

空检测点计数NoneTar_Num，用于记录各距离单元下，连续无检测点上报的次数。

上述进一步方案的有益效果是：本发明通过合理预留变量空间，实时记录待输出目标的相关特征信息，预留的空间变量可以方便和准确地统计目标检测点数量、角度、幅度和距离等信息，丰富待输出的目标凝聚结果特征信息。

再进一步地，所述步骤S4包括以下步骤：

S401、根据雷达凝聚门限，利用空间变量判断检测点团所在的距离单元下是否有检测点上报，若是，进入步骤S402，否则，则令该距离单元下的空检测点计数NoneTar_Num值加一，并重复步骤S401；

S402、统计检测点团所在的距离单元下未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值，并对所述未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值进行编号。

上述进一步方案的有益效果是：本发明通过统计空检测点计数NoneTar_Num变量的统计结果，实时监测目标检测状态；若单个目标的检测点已完成上报，空检测点计数NoneTar_Num满足输出门限，可实现目标凝聚结果的实时输出；若单个目标的检测点还未完全上报，空检测点计数NoneTar_Num变量不满足输出条件，本发明会根据新上报的检测点信息，持续统计和更新目标凝聚结果的特征信息，保证凝聚点输出的目标特征信息更加精准。

再进一步地，所述步骤S402包括以下步骤：

S4021、针对单帧上报超过门限的检测点团，利用变量待输出目标点数目Await_Num统计检测点团所在的距离单元下未输出的目标点个数；

S4022、针对单帧上报超过门限的检测点团，利用变量待输出目标点角度Await_Ang记录检测点团所在的距离单元下未输出的目标点角度均值；

S4023、针对单帧上报超过门限的检测点团，利用变量待输出目标点幅度Await_Amp记录检测点团所在的距离单元下未输出的目标点幅度最大值；

S4024、利用距离维间隔门限TH_Rn，对未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值进行编号，并记录在变量待输出目标点团编号Flag_AreaNo中。

上述进一步方案的有益效果是：本发明通过合理预留变量空间，实时记录和统计待输出目标的相关特征信息，有效地实现目标特征信息的实时计算，方便后续凝聚结果实时输出；根据变量空间的实时计算结果，可以实时分析目标信息状态，决策当前状态下，凝聚结果信息是否可以输出。

再进一步地，所述步骤S5包括以下步骤：

S501、判断同一编号下的检测点团是否满足凝聚输出条件，若是，则所述同一编号下各距离单元空检测点计数NoneTar_Num值均超过角度维间隔门限TH_An，且目标检测点总数超过目标凝聚检测点门限TH_Num，并进入步骤S502，否则，重复步骤S501；

S502、统计该检测点团的距离均值、目标点角度均值、目标点幅度最大值和检测点总点数，并将该检测点团作为目标点凝聚输出；

S503、若检测点总点数超过大目标检测点门限TH_Big，则标记该凝聚目标点为大目标，由用户判断是否输出显示。

上述进一步方案的有益效果是：本发明根据固定的凝聚门限设定值和目标统计信息，实时地输出目标凝聚结果；对于不同尺寸的目标，由于统计信息中，检测点数目会有明显的差异，本发明可以根据待输出目标检测点总数和大目标检测点门限TH_Big，确定目标属性，区别大目标和小目标，根据不同场合的设计需求进行目标显示，依据用户需求，选择是否屏蔽大目标。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本实施例中某机场飞机起飞过程凝聚前检测结果示意图。

图3为本实施例中某机场飞机起飞过程凝聚效果示意图。

图4为本实施例中高尔夫球凝聚前检测结果示意图。

图5为本实施例中高尔夫球凝聚效果示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例

如图1所示，本发明提供了一种基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测方法，其实现方法如下：

S1、确定雷达凝聚门限；

步骤S1中雷达凝聚门限包括：

目标凝聚检测点门限TH_Num，用于当检测点团的检测上报点数超过该门限时，将该检测点团凝聚为一个目标点上报输出；

距离维间隔门限TH_Rn，用于当两个检测点团之间的距离超过该门限时，将该两个检测点团判断为两个目标点上报输出；

角度维间隔门限TH_An，用于当两个检测点团之间的角度超过该门限时，将该两个检测点团判断为两个目标点上报输出；

大目标检测点门限TH_Big，用于当检测点团包含的检测点数目超过该门限时，将该检测点团判断为大目标点上报输出；

S2、预留空间变量，记录待凝聚输出的目标检测点信息；

步骤S2中变量空间包括：

待输出目标点数目Await_Num，用于记录各距离单元下，等待输出的检测点总数；

待输出目标点角度Await_Ang，用于记录各距离单元下，等待输出的检测点角度均值；

待输出目标点幅度Await_Amp，用于记录各距离单元下，等待输出的检测点幅度最大值；

待输出目标点团编号Flag_AreaNo，用于记录各距离单元下，等待输出的检测点团编号；

空检测点计数NoneTar_Num，用于记录各距离单元下，连续无检测点上报的次数；

S3、通过雷达对杂波图的单帧数据进行检测，判断是否存在目标，若是，则将目标所在角度下各帧中超过检测门限的点构成检测点团，并进入步骤S4，否则，重复步骤S3；

S4、根据雷达凝聚门限，利用空间变量分别统计检测点团所在的距离单元下未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值，并对所述未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值进行编号，其实现方法如下：

S401、根据雷达凝聚门限，利用空间变量判断检测点团所在的距离单元下是否有检测点上报，若是，进入步骤S402，否则，则令该距离单元下的空检测点计数NoneTar_Num值加一，并重复步骤S401；

S402、统计检测点团所在的距离单元下未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值，并对所述未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值进行编号，其实现方法如下：

S4021、针对单帧上报超过门限的检测点团，利用变量待输出目标点数目Await_Num统计检测点团所在的距离单元下未输出的目标点个数；

S4022、针对单帧上报超过门限的检测点团，利用变量待输出目标点角度Await_Ang记录检测点团所在的距离单元下未输出的目标点角度均值；

S4023、针对单帧上报超过门限的检测点团，利用变量待输出目标点幅度Await_Amp记录检测点团所在的距离单元下未输出的目标点幅度最大值；

S4024、利用距离维间隔门限TH_Rn，对未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值进行编号，并记录在变量待输出目标点团编号Flag_AreaNo中；

S5、根据所述编号，对待输出变量进行分析并输出凝聚目标点，其实现方法如下：

S501、判断同一编号下的检测点团是否满足凝聚输出条件，若是，则所述同一编号下各距离单元空检测点计数NoneTar_Num值均超过角度维间隔门限TH_An，且目标检测点总数超过目标凝聚检测点门限TH_Num，并进入步骤S502，否则，重复步骤S501；

S502、统计该检测点团的距离均值、目标点角度均值、目标点幅度最大值和检测点总点数，并将该检测点团作为目标点凝聚输出；

S503、若检测点总点数超过大目标检测点门限TH_Big，则标记该凝聚目标点为大目标，由用户判断是否输出显示；

S6、通过雷达对杂波图进行检测，判断是否有新一帧检测数据上报，若是，则返回步骤S4，否则，完成基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测。

本实施例中，机场异物检测雷达主要用于检测机场跑道出现的各类异物，主要为扳手、螺栓、机修零部件等体积较小的物品；雷达最远探测距离相对较小；雷达工作过程中，除了常规异物，机场跑道上还可能出现飞机、巡逻车等超大目标，飞机、巡逻车等目标相比于常规异物，具有体积大、雷达回波强的特点。利用机场异物检测雷达系统，基于飞机目标、小目标异物(高尔夫球)的雷达实测数据，采用本发明对杂波图检测后上报的检测点进行凝聚。该雷达的部分指标如下：

a)波段92.5GHz

b)最大探测距离70m

c)最小探测距离5m

d)雷达扫描速度12m/s

e)目标凝聚检测点门限TH_Num为4

f)距离维间隔门限TH_Rn为2m

g)角度维间隔门限TH_An为1.5°

h)大目标检测点门限TH_Big为30

凝聚效果如下：

A、某机场实测飞机目标：如图2和图3所示，图2和图3分别是基于某机场实测数据实现的检测结果和凝聚结果，实测目标为跑道上高速滑行的飞机目标，图2中圆点点团为基于杂波图检测算法实现的检测上报点，图3中菱形点为基于本发明实现的凝聚结果。从检测结果和凝聚效果可以看出，在检测上报点数目很大的情况下，本发明凝聚效果仍然较好，不会造成严重分裂。由于检测点数目远远超过本次实验设定的大目标检测点门限TH_Big，目标凝聚完成会提示用户当前目标为大目标。图2中存在部分散点团，由于分散的点团没超过目标凝聚检测点门限TH_Num，因此图3中无凝聚点输出。

B、某机场实测高尔夫球：如图4和图5所示，图4和图5分别是基于某机场实测数据实现的检测结果和凝聚结果，实测目标为跑道上距离雷达50m附近摆放的四个高尔夫球，图4中圆点点团为基于杂波图检测算法实现的检测上报点，图5中菱形点为基于本发明实现的凝聚结果。从检测结果和凝聚效果可以看出，高尔夫球的检测上报点数目有限，在不改变凝聚算法门限设置的前提下，本发明仍然具有很好的凝聚效果，且不影响目标分辨力。图4中存在部分散点团，由于分散的点团没超过目标凝聚检测点门限TH_Num，因此图5中无凝聚点输出。

从上述实验结果可以看出，本发明既可较好地实现大、小目标凝聚，又可保证雷达系统距离分辨率、角度分辨率等相关指标要求，在不改变凝聚参数的前提下，可以同时实现大目标和小目标的凝聚，并且不造成大目标严重分裂；通过合理设置凝聚门限，可以保证雷达系统距离分辨率、角度分辨率等指标要求；本发明计算量小，利于DSP实现，可以实时显示目标凝聚的结果。

Claims (6)

1.一种基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定雷达凝聚门限；

S2、预留空间变量，记录待凝聚输出的目标检测点信息；

S3、通过雷达对杂波图的单帧数据进行检测，判断是否存在目标，若是，则将目标所在角度下各帧中超过检测门限的点构成检测点团，并进入步骤S4，否则，重复步骤S3；

S4、根据雷达凝聚门限，利用空间变量分别统计检测点团所在的距离单元下未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值，并对所述未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值进行编号；

S5、根据所述编号，对待输出变量进行分析并输出凝聚目标点；

S6、通过雷达对杂波图进行检测，判断是否有新一帧检测数据上报，若是，则返回步骤S4，否则，完成基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测。

2.根据权利要求1所述的基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测方法，其特征在于，所述步骤S1中的雷达凝聚门限包括：

目标凝聚检测点门限TH_Num，用于当检测点团的检测上报点数超过该门限时，将该检测点团凝聚为一个目标点上报输出；

距离维间隔门限TH_Rn，用于当两个检测点团之间的距离超过该门限时，将该两个检测点团判断为两个目标点上报输出；

角度维间隔门限TH_An，用于当两个检测点团之间的角度超过该门限时，将该两个检测点团判断为两个目标点上报输出；

大目标检测点门限TH_Big，用于当检测点团包含的检测点数目超过该门限时，将该检测点团判断为大目标点上报输出。

3.根据权利要求2所述的基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测方法，其特征在于，所述步骤S2中的变量空间包括：

待输出目标点数目Await_Num，用于记录各距离单元下，等待输出的检测点总数；

待输出目标点角度Await_Ang，用于记录各距离单元下，等待输出的检测点角度均值；

待输出目标点幅度Await_Amp，用于记录各距离单元下，等待输出的检测点幅度最大值；

待输出目标点团编号Flag_AreaNo，用于记录各距离单元下，等待输出的检测点团编号；

空检测点计数NoneTar_Num，用于记录各距离单元下，连续无检测点上报的次数。

4.根据权利要求3所述的基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：

S401、根据雷达凝聚门限，利用空间变量判断检测点团所在的距离单元下是否有检测点上报，若是，进入步骤S402，否则，则令该距离单元下的空检测点计数NoneTar_Num值加一，并重复步骤S401；

S402、统计检测点团所在的距离单元下未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值，并对所述未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值进行编号。

5.根据权利要求4所述的基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测方法，其特征在于，所述步骤S402包括以下步骤：

S4021、针对单帧上报超过门限的检测点团，利用变量待输出目标点数目Await_Num统计检测点团所在的距离单元下未输出的目标点个数；

S4022、针对单帧上报超过门限的检测点团，利用变量待输出目标点角度Await_Ang记录检测点团所在的距离单元下未输出的目标点角度均值；

S4023、针对单帧上报超过门限的检测点团，利用变量待输出目标点幅度Await_Amp记录检测点团所在的距离单元下未输出的目标点幅度最大值；

S4024、利用距离维间隔门限TH_Rn，对未输出的目标点个数、目标点角度均值以及目标点幅度最大值进行编号，并记录在变量待输出目标点团编号Flag_AreaNo中。

6.根据权利要求5所述的基于雷达凝聚算法的多尺寸目标检测方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下步骤：

S501、判断同一编号下的检测点团是否满足凝聚输出条件，若是，则所述同一编号下各距离单元空检测点计数NoneTar_Num值均超过角度维间隔门限TH_An，且目标检测点总数超过目标凝聚检测点门限TH_Num，并进入步骤S502，否则，重复步骤S501；

S502、统计该检测点团的距离均值、目标点角度均值、目标点幅度最大值和检测点总点数，并将该检测点团作为目标点凝聚输出；

S503、若检测点总点数超过大目标检测点门限TH_Big，则标记该凝聚目标点为大目标，由用户判断是否输出显示。

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