CN113687327A - 一种雷达探测弹丸虚假目标处理方法 - Google Patents

一种雷达探测弹丸虚假目标处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种雷达探测弹丸虚假目标处理方法，首先通过目标的运动轨迹，对每一维进行建模，通过飞行轨迹来判断当前弹丸的处于侦察或者校射模式；然后对模型与实际轨迹进行相关，虚假的目标的轨迹与模型的相关性会非常小，而真实目标与模型的相关性高，模型如果高度相似后，则进行弹丸的自身特征速度和加速进行判别。本发明能够对弹丸目标进行正确识别，将虚假的目标有效的剔除。利用该识别方法对信号处理端目标数据进行处理，能够很好地区分杂波虚警和弹丸目标，从而使该型号雷达极大的减少了虚假目标的上报。

Description

一种雷达探测弹丸虚假目标处理方法
技术领域
本发明涉及一种目标识别方法，适用于雷达探测领域。
背景技术
信号处理端输出的目标包括真实目标和虚假目标，如何更好的将真实目标上报以及有效的剔除虚假目标是一项重要的工作。
目前炮位侦察校射雷达对虚假目标的识别能力参差不齐，且存在环境虚警率大、影响雷达对弹丸目标的识别、误将虚假目标识别成弹丸目标等问题。在这种情况下，需要提高弹丸的识别概率，在数据处理阶段剔除虚假目标，以达到上报真实目标之目的。
过去剔除虚假目标一般使用一维的数据处理方法，只是从方位、俯仰和距离三个方面进行单一的判断，看是否符合飞行轨迹的规律。例如，某型号雷达的虚假目标处理方法，分别对方位、俯仰、距离维逐一进行判断，这种方式首先需要明确雷达当前的模式类型是侦察或者校射，在模式确定后，根据模式特性来判断弹丸飞行的特征，比如侦察模式下，俯仰维必须是逐渐继增，距离维越来越小，这些是侦察模式下的弹丸具有的特征。实际情况弹丸的飞行特征的确符合这种特征，但是由于雷达测量带来的误差等其他因素，可能会导致点和点之间的测量值不符合上述描述的特征，或处于临界状态，就会被认为是假目标。如果是虚假的目标形成的轨迹，只是单单从某一维去判断，很容易被识别为真目标。
上述处理方法局限了雷达的单一工作模式侦察或者校射，不同的雷达测量误差不同，导致其概率不一样，准确识别率低。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种雷达探测弹丸虚假目标处理方法，对单维平滑处理雷达测量误差等因素用多维度结合起来的方法进行判别，充分考虑弹丸的飞行速度、加速度、飞行轨迹等判决条件，能够有效区分杂波虚警和弹丸目标，从而极大的减少虚假目标的上报。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
步骤一，计算方位与时间维度的二次曲线拟合；
在雷达天线阵面坐标下，将接收到的雷达目标数据整理得到点迹集合Q，包含方位正弦值sina、俯仰正弦值sine、距离r以及时标t；
从集合Q中取每个点迹方位正弦sina、距离r以及时标t，计算每个点的Yn＝sina*r和时间间隔dt，得Y与dt的集合Q1；
通过Q1中每一个点的Y与时间dt进行二次曲线拟合，得到一个二次曲线方程y＝at2+bt+c，同时得到Q1中每一个点与二次拟合曲线的残差，计算Q1中每个点与其平均值的方差，通过残差和方差计算出相关系数以及标准残差；计算二次曲线抛物线的开口方向a、中轴线x＝-b/2*a以及y的平均值Ave；
如果a>0，即二次曲线开口向上；
此时若t0<Axis<tn则dy＝0，t0表示该目标第一个点迹的时戳，tn表示该目标最后一个点迹的时戳；若Axis<＝t0即dy＝1，tn<＝Axis即dy＝-1；
如果a<0，即二次曲线开口向下；
此时若t0<Axis<tn则dy＝0；若Axis<＝t0即dy＝-1，tn<＝Axis即dy＝1；
如果a＝0，即dy＝0；
步骤二，计算俯仰与时间维度的二次曲线拟合；
在雷达天线阵面坐标下得到上报点迹的集合Q2，计算Q2中每个点迹的高度Z＝sine*r，通过每一个点的Z与时间dt进行二次曲线拟合，得到一个二次曲线方程y’＝a’t2+b’t+c’；计算Q2中每个点与其平均值的方差，通过残差和方差计算出相关系数以及标准残差；计算二次曲线抛物线的开口方向a’、中轴线x’＝-b’/2*a’以及y’的平均值Aver’；
如果a’>0，即二次曲线开口向上；
此时若t0<x’<tn则dz＝0；若x’<＝t0即dz＝1，tn<＝x’即dz＝-1；
如果a’<0，即二次曲线开口向下；
此时若t0<x’<tn且dy>0，则dz＝-1，否则dz＝1；若x’<＝t0即dz＝-1，若tn<＝x’即dz＝1；
如果a’＝0，即dz＝0；
步骤三，根据dy和dz进行弹丸模式判断，如果dy*dz<0，则为真目标，如果dy>0则为校射模式，dy<＝0则为侦察模式；如果dy*dz>＝0，则为假目标，输出判断结果；
步骤四，对集合Q2进行切割，如果是侦察模式则取中轴线左侧点迹数据生成集合Q3；如果是校射模式则取中轴线右侧点迹数据生成集合Q3；利用集合Q3中的俯仰正弦和距离计算每个点迹的高度Z，再与时间进行二次拟合得到y”＝a”x2+b”x+c”，进而得到相关系数p3和残差res3；
对二次曲线y”＝a”x2+b”x+c”求导，得速度与时间关系；如果是侦察模式则弹丸的出膛速度V＝2a”*t0+b”；如果是校射模式则弹丸的落地速度V＝2a”*tn+b”；
对速度V进行求导，得加速度A＝2a”；
步骤五，如果V的绝对值小于设定阈值S1则为假目标；如果相关系数P小于设定阈值S2则为假目标；如果标准残差pResY大于设定阈值S3则为假目标；如果加速度A的绝对值大于设定阈值S4则为假目标；如果相关系数P3小于设定阈值S5则为假目标；如果标准残差pResY大于设定阈值S6则为假目标；其它情况都为真目标。
所述的步骤一中残差Res＝(Y1–y1)2+……+(Yn–yn)2；所述的方差Total＝(y1-Ave)2+……+(yn-Aver)2；所述的标准残差pResY＝√(Res/(n-1))；所述的相关系数P＝1–Res/Total。
所述的步骤二中残差res2＝(Z1–y’1)2+……+(Zn–y’n)2；所述的方差Total＝(y’1–Aver’)2+……+(y’n–Aver’)2；所述的标准残差pResZ＝√(Res/(n-1))；所述的相关系数p2＝1–res2/Total。
所述的步骤五中设定阈值S1为30；设定阈值S2为0.9；设定阈值S3为50；设定阈值S4为70；设定阈值S5为0.9；设定阈值S6为50。
本发明的有益效果是：首先通过目标的运动轨迹，对每一维进行建模，使用建模可避免点与点之间的不符合飞行轨迹的问题，通过飞行轨迹来判断当前弹丸的处于侦察或者校射模式，不会局限雷达模式，这样雷达能够同时执行侦察和校射任务；然后对建模后的模型与实际轨迹进行相关，虚假的目标的轨迹与模型的相关性会非常小，而真实目标与模型的相关性高，模型如果高度相似后，则进行弹丸的自身特征速度和加速进行判别。
本发明能够对弹丸目标进行正确识别，将虚假的目标有效的剔除。利用该识别方法对信号处理端目标数据进行处理，能够很好地区分杂波虚警和弹丸目标，从而使该型号雷达极大的减少了虚假目标的上报。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明针对炮位侦察校射雷达，对雷达上报的目标数据进行数据处理，剔除虚假的目标，得到真实的数据。对接收到的目标数据，通过该方法对数据进行不同维度坐标点的二次曲线拟合，得到相关系数、残差、速度以及加速度值，与实际的弹丸门限值进行比较，剔除虚假的目标信息，上报真实弹丸目标。
以某型号侦察校射雷达炮位侦察模式下接收到雷达前端上报的目标数据为例，格式为时间戳、方位正弦值、俯仰正弦值、距离，本发明包括以下步骤：
步骤一：计算方位与时间维度的二次曲线拟合，近似的将弹丸的飞行轨迹看成抛物线；
1)在雷达天线阵面坐标下，接收到雷达目标数据进行整理得到点迹集合Q，包含方位正弦值(sina)、俯仰正弦值(sine)、距离(r-m)以及时标(t-ms)；
2)从集合Q中取每个点迹方位正弦(sina)、距离(r)以及时标，计算Yn＝sina*r和时间间隔dt；得Y与dt的集合Q1；
3)通过Q1中每一个点的Y与时间dt进行二次曲线拟合(利用最小二乘法)，得到一个二次曲线方程y＝at2+bt+c，同时会得到相关系数(原始数据与二次拟合曲线)和残差(真实值与拟合)，计算二次曲线抛物线的开口方向(a)和中轴线(x＝-b/2*a)以及y的平均值Ave；
残差：Res＝(Y1–y1)2+……+(Yn–yn)2；
方差：Total＝(y1-Ave)2+……+(yn-Aver)2；
标准残差：pResY＝√(Res/(n-1))；
相关系数：P＝1–Res/Total；
4)判断二次曲线的中轴线：Axis＝-b/2*a以及开口方向；
5)如果a>0，即二次曲线开口向上；
i.t0<Axis<tn中轴线在中间必为假目标，即dy＝0；t0表示该目标的第一个点迹的时戳，tn表示该目标最后一个点迹的时戳；
ii.Axis<＝t0中轴线在左侧，单调升，即dy＝1；
iii.tn<＝Axis中轴线在右侧，单调减，即dy＝-1；
6)如果a<0，即二次曲线开口向下；
i.t0<Axis<tn中轴线在中间必为假目标，即dy＝0；
ii.Axis<＝t0中轴线在右侧，单调减，即dy＝-1；
iii.tn<＝Axis中轴线在左侧，单调升，即dy＝1；
7)如果a＝0，即dy＝0；
步骤二：计算俯仰与时间维度的二次曲线拟合，近似的将弹丸的轨迹看成抛物线；
1)在雷达天线阵面坐标下，通过上报的点迹的Q2集合，利用俯仰正弦、距离、计算每个点迹的Z＝sine*r，通过每一个点的Z与时间dt进行二次曲线拟合，得到一个二次曲线方程y’＝a’t2+b’t+c’；
2)可得到相关系数p2和残差res2以及y’的平均值Aver’；
残差：res2＝(Z1–y’1)2+……+(Zn–y’n)2；
方差：Total＝(y’1–Aver’)2+……+(y’n–Aver’)2；
标准残差：pResZ＝√(Res/(n-1))；
相关系数：p2＝1–res2/Total；
3)判断二次曲线的中轴线：x’＝-b’/2*a’以及开口方向；
4)如果a’>0，即二次曲线开口向上；
i.t0<x’<tn中轴线在中间必为假目标，即dz＝0；
ii.x’<＝t0中轴线在左侧，单调升，即dz＝1；
iii.tn<＝x’中轴线在右侧，单调减，即dz＝-1；
5)如果a’<0，即二次曲线开口向下；
i.t0<x’<tn中轴线在中间，如果dy>0，则dz＝-1，否则dz＝1；
ii.x’<＝t0中轴线在右侧，单调减，即dz＝-1；
iii.tn<＝x’中轴线在左侧，单调升，即dz＝1；
6)如果a’＝0，即dz＝0；
步骤三：得到dy和dz后进行弹丸模式判断；
1)如果dy*dz<0,则为真目标，如果dy>0则为校射模式，dy<＝0则为侦察模式；
2)如果dy*dz>＝0，则为假目标，输出判断结果；
步骤四：原始点集合Q2进行切割得到新的点迹集合Q3；
1)对原始点集合Q2进行切割，切割的准则如下；
i.如果是侦察模式取中轴线左侧点迹数据生成Q3集合；
ii.如果是校射模式取中轴线右侧点迹数据生成Q3集合；
2)Q3集合包含俯仰正弦(sine)和距离(R)，利用sine和R计算每个点迹的Z(高度)，与时间进行二次拟合得到y”＝a”x2+b”x+c”，利用步骤二中的步骤2)可得到相关系数p3和残差res3；
3)对二次曲线y”＝a”x2+b”x+c”求导，得速度与时间关系，即y”’＝2a”x+b”；
i.如果是侦察模式则弹丸的出膛速度为V＝2a”*t0+b”；
ii.如果是校射模式则弹丸的落地速度为V＝2a”*tn+b”；
4)对速度V进行求导，可得加速度，即加速度A＝2a”；
步骤五：对上述步骤中得到的值进行判断
1)如果V的绝对值小于30(该门限值为迫击炮门限，可根据不同型号弹丸装药进行调整)则为假目标；
2)如果相关系数P小于0.9，则为假目标；
3)如果标准残差pResY大于50，则为假目标；
4)如果加速度A的绝对值大于70(该门限值为迫击炮门限，可根据不同型号弹丸装药进行调整)则为假目标；
5)如果相关系数P3小于0.9，则为假目标；
6)如果标准残差pResY大于50，则为假目标；
7)其它情况都为真目标。
表1采用本发明后的实测数据
编号 时间 北 东 高 方位 距离 可信 幅度 属性
1 07:13:27 3826162 398719 154 8.9° 14.2 高 148 HNS
2 07:14:00 3830196 397089 153 26.5 14.2 高 147 HNS
3 07:14:13 3821505 403292 153 -17.8 14.2 高 146 HNS
4 07:14:13 3830223 397078 156 26.6 14.2 高 147 HNS
5 07:14:13 3828133 397741 156 17.8 14.2 高 146 HNS
6 07:14:13 3820491 405238 153 -26.6 14.2 高 146 HNS
7 07:14:13 3826167 398717 152 8.9 14.2 高 148 HNS
8 07:16:50 3830003 398343 156 24.4 13 高 88 HNS
9 07:26:33 3830007 398347 154 24.4 13 高 85 HNS
如表1所示，在该外场试验中使用本发明，改进前后虚假目标的外推减少90％以上，绝大部分假目标通过不同维度的判决条件过滤掉，真实目标得到了外推。

Claims (4)

1.一种雷达探测弹丸虚假目标处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，计算方位与时间维度的二次曲线拟合；
在雷达天线阵面坐标下，将接收到的雷达目标数据整理得到点迹集合Q，包含方位正弦值sina、俯仰正弦值sine、距离r以及时标t；
从集合Q中取每个点迹方位正弦sina、距离r以及时标t，计算每个点的Yn＝sina*r和时间间隔dt，得Y与dt的集合Q1；
通过Q1中每一个点的Y与时间dt进行二次曲线拟合，得到一个二次曲线方程y＝at2+bt+c，同时得到Q1中每一个点与二次拟合曲线的残差，计算Q1中每个点与其平均值的方差，通过残差和方差计算出相关系数以及标准残差；计算二次曲线抛物线的开口方向a、中轴线x＝-b/2*a以及y的平均值Ave；
如果a>0，即二次曲线开口向上；
此时若t0<Axis<tn则dy＝0，t0表示该目标第一个点迹的时戳，tn表示该目标最后一个点迹的时戳；若Axis<＝t0即dy＝1，tn<＝Axis即dy＝-1；
如果a<0，即二次曲线开口向下；
此时若t0<Axis<tn则dy＝0；若Axis<＝t0即dy＝-1，tn<＝Axis即dy＝1；
如果a＝0，即dy＝0；
步骤二，计算俯仰与时间维度的二次曲线拟合；
在雷达天线阵面坐标下得到上报点迹的集合Q2，计算Q2中每个点迹的高度Z＝sine*r，通过每一个点的Z与时间dt进行二次曲线拟合，得到一个二次曲线方程y’＝a’t2+b’t+c’；计算Q2中每个点与其平均值的方差，通过残差和方差计算出相关系数以及标准残差；计算二次曲线抛物线的开口方向a’、中轴线x’＝-b’/2*a’以及y’的平均值Aver’；
如果a’>0，即二次曲线开口向上；
此时若t0<x’<tn则dz＝0；若x’<＝t0即dz＝1，tn<＝x’即dz＝-1；
如果a’<0，即二次曲线开口向下；
此时若t0<x’<tn且dy>0，则dz＝-1，否则dz＝1；若x’<＝t0即dz＝-1，若tn<＝x’即dz＝1；
如果a’＝0，即dz＝0；
步骤三，根据dy和dz进行弹丸模式判断，如果dy*dz<0，则为真目标，如果dy>0则为校射模式，dy<＝0则为侦察模式；如果dy*dz>＝0，则为假目标，输出判断结果；
步骤四，对集合Q2进行切割，如果是侦察模式则取中轴线左侧点迹数据生成集合Q3；如果是校射模式则取中轴线右侧点迹数据生成集合Q3；利用集合Q3中的俯仰正弦和距离计算每个点迹的高度Z，再与时间进行二次拟合得到y”＝a”x2+b”x+c”，进而得到相关系数p3和残差res3；
对二次曲线y”＝a”x2+b”x+c”求导，得速度与时间关系；如果是侦察模式则弹丸的出膛速度V＝2a”*t0+b”；如果是校射模式则弹丸的落地速度V＝2a”*tn+b”；
对速度V进行求导，得加速度A＝2a”；
步骤五，如果V的绝对值小于设定阈值S1则为假目标；如果相关系数P小于设定阈值S2则为假目标；如果标准残差pResY大于设定阈值S3则为假目标；如果加速度A的绝对值大于设定阈值S4则为假目标；如果相关系数P3小于设定阈值S5则为假目标；如果标准残差pResY大于设定阈值S6则为假目标；其它情况都为真目标。
2.根据权利要求1所述的雷达探测弹丸虚假目标处理方法，其特征在于，所述的步骤一中残差Res＝(Y1–y1)2+……+(Yn–yn)2；所述的方差Total＝(y1-Ave)2+……+(yn-Aver)2；所述的标准残差pResY＝√(Res/(n-1))；所述的相关系数P＝1–Res/Total。
3.根据权利要求1所述的雷达探测弹丸虚假目标处理方法，其特征在于，所述的步骤二中残差res2＝(Z1–y’1)2+……+(Zn–y’n)2；所述的方差Total＝(y’1–Aver’)2+……+(y’n–Aver’)2；所述的标准残差pResZ＝√(Res/(n-1))；所述的相关系数p2＝1–res2/Total。
4.根据权利要求1所述的雷达探测弹丸虚假目标处理方法，其特征在于，所述的步骤五中设定阈值S1为30；设定阈值S2为0.9；设定阈值S3为50；设定阈值S4为70；设定阈值S5为0.9；设定阈值S6为50。
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