CN114152939B - 一种同时多波束雷达点迹凝聚方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种同时多波束雷达点迹凝聚方法，属于雷达信号处理领域。所述方法首先对同一波束同一多普勒单元号中距离单元号连续的点迹通过求质心的方法得到距离维凝聚结果；然后对距离维凝聚结果进行遍历，得到每个点的左右结点，将每个点与其左右结点进行比较，并通过求质心得到多普勒维凝聚结果；最后通过对同一多普勒通道号同一个距离单元号的点进行波束维凝聚得到最终点迹凝聚结果。
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。具体涉及一种同时多波束雷达点迹凝聚方法。
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，点迹凝聚需要在距离维，多普勒维，俯仰维和方位维进行，其中距离维，多普勒维和俯仰维的凝聚一般是在信号处理分系统中完成，而方位维的凝聚一般是在数据处理分系统中完成。本发明专利只关注信号处理中完成的距离维，多普勒维和俯仰维的点迹凝聚。
数字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)技术，是针对阵列天线，利用阵列天线的孔径，通过数字信号处理在期望的方向形成接收波束。虽然单个天线的方向图是全向的，但对阵列多个接收通道的信号，利用数字信号处理，对期望入射方向的信号，补偿由于传感器位置不同引起的波程差导致的相位差，实现同相相加，从而实现该方向的最大能量接收，完成该方向上的波束形成。通过改变权值，可以使波束指向不同的方向；利用并行处理，可以同时形成多个波束。目前很多雷达是通过在俯仰上利用DBF技术同时形成多波束，方位上通过机械扫描，来覆盖整个感兴趣区域。
目前大多数相控阵雷达的信号处理算法都是在FPGA+DSP或FPGA+CPU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/CPU中完成的。
为了在DSP/CPU中快速实现点迹凝聚，目前很多雷达在距离多普勒平面都是采用“十字法”进行点迹凝聚，在波束维通过选大进行凝聚。“十字法”具体过程是：(1)对检测得到的点迹按照先波束号，然后多普勒通道号，最后距离单元号的顺序从小到大进行排序；(2)在每个波束的每个多普勒通道中，通过对距离单元号连续的点求质心的方法进行距离维凝聚；(3)按照先波束号，然后距离单元号，最后多普勒通道号的顺序从小到大进行排序；(4)在每个波束的每个距离单元号中，通过对多普勒单元号连续的点求质心的方法进行距离维凝聚。
由于目标在多普勒维会有一定的展宽，会同时出现在相邻多个多普勒通道，同时由于多普勒滤波器组的周期性，当目标出现在最小多普勒通道或者最大多普勒通道的时候，同时在最大或最小多普勒通道也会出现过门限的点，传统的在距离多普勒平面采用“十字法”凝聚会导致一个目标分裂成两个(分别位于最小和最大多普勒通道号)。
发明内容
要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是当目标出现在最小或最大多普勒单元号时，传统的距离多普勒平面“十字法”凝聚方法将一个目标凝聚后分裂成两个目标(最小和最大多普勒通道号)的问题。
技术方案
一种同时多波束雷达点迹凝聚方法，在进行点迹凝聚前，每个点的信息包括(beam,dop,dis,amp)，即波束号、多普勒单元号、距离单元号、幅度，其中dop的取值范围为dop_num为多普勒滤波器个数；其特征在于步骤如下：
步骤1：对经过噪声门限、恒虚警门限和杂波图门限检测得到的点迹按照先波束号，然后多普勒通道号，最后距离单元号的顺序从小到大进行排序；
步骤2：在每个波束的每个多普勒通道中，通过对距离单元号连续的点求质心的方法进行距离维凝聚；
步骤3：在每个波束中分别对每个距离维凝聚后的点迹建立左右结点索引；
步骤4：将每个点与其左右结点进行比较，并通过求质心的方法得到多普勒维凝聚结果；
步骤5：对多普勒维凝聚后的结果按照先多普勒通道号，然后距离单元号，最后波束号的顺序从小到大排序；
步骤6：对同一个多普勒通道号，同一个距离单元号的点迹，进行波束维凝聚，得到最终的点迹凝聚结果。
本发明进一步的技术方案：步骤2中在每个波束的每个多普勒通道中，进行距离维凝聚的方法是：
(1)选取距离通道号连续的点中幅度最大的点迹对应的(beam,dop,dis,amp)作为距离维凝聚结果的信息；
(2)利用式下式计算得到凝聚结果的“精确”距离单元号dis_a；
其中M为目标在当前处理波束中当前处理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。
本发明进一步的技术方案：步骤3中j为i左结点的条件是：
j为i右结点的条件是：
用left(i)和right(i)表示i的左和右结点索引，当left(i)＝-1时表示i没有左结点，当right(i)＝-1时表示i没有右结点。
本发明进一步的技术方案：步骤4多普勒维凝聚中，判断一个点是目标点需满足下列条件之一：
(1)该点没有左右结点；
(2)该点只有左结点，且该点幅度大于左结点幅度；
(3)该点只有右结点，且该点幅度大于右结点幅度；
(4)该点同时有左右结点，且该点幅度大于左结点幅度和右结点幅度。
本发明进一步的技术方案：步骤4多普勒维凝聚中，“精确”多普勒单元号dop_a是通过下式计算：
本发明进一步的技术方案：步骤6中波束维凝聚的方法是，在同一多普勒通道号同一距离单元号中波束号连续的点中选择幅度极大值所在的点的信息作为波束维凝聚后的目标点信息。
有益效果
本发明提出的一种同时多波束雷达点迹凝聚方法，由于在多普勒维凝聚前，遍历查找每个点的左右结点时，对最小和最大多普勒通道中的点做了特殊处理，考虑到了目标的展宽和多普勒滤波器组的周期性，也即认为最小多普勒通道号的左结点是在最大多普勒通道号，而最大多普勒通道号的右结点是在最小多普勒通道号，所以当目标出现在最小或者最大多普勒通道号时，可以避免“十字法”将一个目标分裂成两个的问题。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明方法之步骤的流程图。
图2为MATLAB仿真中加入的目标信息(俯仰维波束个数为36，多普勒滤波器个数为8)，beam是目标所在波束号，dop是多普勒通道号，dis是距离单元号，snr是信噪比。
图3为MATLAB仿真中距离多普勒平面采用“十字法”，波束维采用选大的点迹凝聚结果，b_found表示该目标点是否能在加入的目标信息(也即“真实目标”)中找到，dop_a表示凝聚后得到的“精确”多普勒单元号，dis_a表示凝聚后得到的“精确”距离单元号。
图4为MATLAB仿真中采用本发明方法的点迹凝聚结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种同时多波束雷达点迹凝聚方法，所述方法首先对同一波束同一多普勒单元号中距离单元号连续的点迹通过求质心的方法得到距离维凝聚结果；然后对距离维凝聚结果进行遍历，得到每个点的左右结点，然后将每个点与其左右结点进行比较，并通过求质心得到多普勒维凝聚结果；最后通过对同一多普勒通道号同一个距离单元号的点进行波束维凝聚得到最终点迹凝聚结果。包括以下步骤：(a)对经过噪声门限、恒虚警门限和杂波图门限检测得到的点迹按照先波束号，然后多普勒通道号，最后距离单元号的顺序从小到大进行排序；(b)在每个波束的每个多普勒通道中，通过对距离单元号连续的点求质心的方法进行距离维凝聚；(c)在每个波束中分别对每个距离维凝聚后的点迹建立左右结点索引；(d)将每个点与其左右结点进行比较，并通过求质心的方法得到多普勒维凝聚结果；(e)对多普勒维凝聚后的结果按照先多普勒通道号，然后距离单元号，最后波束号的顺序从小到大排序；(f)对同一个多普勒通道号，同一个距离单元号的目标，进行波束维凝聚，得到最终的点迹凝聚结果。
图1描述了一种同时多波束点迹凝聚方法的步骤。
在步骤S101中，对经过噪声门限，恒虚警门限和杂波图门限检测得到的点迹按照先波束号，然后多普勒通道号，最后距离单元号的顺序从小到大进行排序。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/CPU中实现的，由于DSP和CPU基本都是多核并行处理，所以经过噪声门限，横虚警门限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波束号从小到大排序，然后在同一波束号内再按多普勒通道号从小到大进行排序，最后在同一波束的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，在每个波束的每个多普勒通道中，通过对距离单元号连续的点求质心的方法进行距离维凝聚。
距离维凝聚的具体方法是：(1)选取距离通道号连续的点中幅度最大的点迹对应的(beam,dop,dis,amp)作为距离维凝聚结果的信息；(2)利用式下式计算得到凝聚结果的“精确”距离单元号dis_a。
其中M为目标在当前处理波束中当前处理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。
在步骤S103中，在每个波束中分别对每个距离维凝聚后的点迹建立左右结点索引。在距离维凝聚后，在每个波束的点迹中，对每个点进行遍历，按式(6)和(7)建立每个结点的左右结点索引。
其中，j为i左结点的条件是：
j为i右结点的条件是：
用left(i)和right(i)表示i的左和右结点索引，当left(i)＝-1时表示i没有左结点，当right(i)＝-1时表示i没有右结点。
在步骤S104中，将每个点与其左右结点进行比较，并通过求质心的方法得到多普勒维凝聚结果。
在多普勒维凝聚中，当一个点满足下列条件之一时判断为是一个目标点：
(1)该点没有左右结点；
(2)该点只有左结点，且该点幅度大于左结点幅度；
(3)该点只有右结点，且该点幅度大于右结点幅度；
(4)该点同时有左右结点，且该点幅度大于左结点幅度和右结点幅度。
当一个点被判断为是一个目标点时，通过式(8)得到“精确”多普勒单元号dop_a。
在步骤S105中，对多普勒维凝聚后的结果按照先多普勒通道号，然后距离单元号，最后波束号的顺序从小到大排序。为了波束维凝聚的方便，在多普勒维凝聚后，先按多普勒单元号从小到大的顺序排序，然后在同一多普勒单元号内按照距离单元号从小到大的顺序排序，最后在同一多普勒单元号的同一距离单元号内按波束号从小到大的顺序排序。
在步骤S106中，对同一个多普勒通道号，同一个距离单元号的点迹，进行波束维凝聚，得到最终的点迹凝聚结果。目前很多雷达是通过在俯仰上利用DBF技术同时形成多波束，方位上通过机械扫描，来覆盖整个感兴趣区域，所以波束维凝聚本质上是俯仰维凝聚。波束维具体凝聚方法为，在同一多普勒通道号同一距离单元号中波束号连续的点中选择幅度极大值所在的点的信息作为波束维凝聚后的目标点信息。
图2是MATLAB仿真中加入的目标信息，该仿真中，在俯仰维通过DBF形成36个波束，多普勒滤波器个数为8。beam是目标所在波束号，dop是多普勒通道号，dis是距离单元号，snr是信噪比。
图3为MATLAB仿真中距离多普勒平面采用“十字法”，波束维采用选大的点迹凝聚结果，b_found表示该目标点是否能在加入的目标信息(也即“真实目标”)中找到，dop_a表示凝聚后得到的“精确”多普勒单元号，dis_a表示凝聚后得到的“精确”距离单元号。通过图2可以看出，实际加入的目标个数是36，但图3点迹凝聚结果得到44个目标点。其中第7,10,17,20,27,30,37,40在加入的目标信息中找不到，也即不是加入的目标。对比图3中第7个和第8个凝聚结果，可以看出，这两个实际是图2中加入的第7个目标分裂成了两个，而且图3中第7和第8的“精确”多普勒单元号和实际加入的目标多普勒单元号误差很大。图3中第10,17,20,27,30,37,40也是类似，都是因为在目标多普勒通道号在最小或者最大，在距离多普勒平面采用“十字法”凝聚后分裂成了两个目标。
图4为MATLAB仿真中采用本发明方法的点迹凝聚结果，可以看出，采用本发明方法得到的点迹凝聚结果中目标个数和加入的目标个数一致，且得到的目标信息与加入的目标信息基本接近。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种同时多波束雷达点迹凝聚方法，在进行点迹凝聚前，每个点的信息包括(beam,dop,dis,amp)，即波束号、多普勒单元号、距离单元号、幅度，其中dop的取值范围为dop_num为多普勒滤波器个数；其特征在于步骤如下：
步骤1：对经过噪声门限、恒虚警门限和杂波图门限检测得到的点迹按照先波束号，然后多普勒通道号，最后距离单元号的顺序从小到大进行排序；
步骤2：在每个波束的每个多普勒通道中，通过对距离单元号连续的点求质心的方法进行距离维凝聚；
步骤3：在每个波束中分别对每个距离维凝聚后的点迹建立左右结点索引；
步骤4：将每个点与其左右结点进行比较，并通过求质心的方法得到多普勒维凝聚结果；
步骤5：对多普勒维凝聚后的结果按照先多普勒通道号，然后距离单元号，最后波束号的顺序从小到大排序；
步骤6：对同一个多普勒通道号，同一个距离单元号的点迹，进行波束维凝聚，得到最终的点迹凝聚结果。
2.根据权利要求1所述同时多波束雷达点迹凝聚方法，其特征在于：步骤2中在每个波束的每个多普勒通道中，进行距离维凝聚的方法是：
(1)选取距离通道号连续的点中幅度最大的点迹对应的(beam,dop,dis,amp)作为距离维凝聚结果的信息；
(2)利用式下式计算得到凝聚结果的“精确”距离单元号dis_a；
其中M为目标在当前处理波束中当前处理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。
3.根据权利要求1所述同时多波束雷达点迹凝聚方法，其特征在于：步骤3中j为i左结点的条件是：
j为i右结点的条件是：
用left(i)和right(i)表示i的左和右结点索引，当left(i)＝-1时表示i没有左结点，当right(i)＝-1时表示i没有右结点。
4.根据权利要求1所述同时多波束雷达点迹凝聚方法，其特征在于：步骤4多普勒维凝聚中，判断一个点是目标点需满足下列条件之一：
(1)该点没有左右结点；
(2)该点只有左结点，且该点幅度大于左结点幅度；
(3)该点只有右结点，且该点幅度大于右结点幅度；
(4)该点同时有左右结点，且该点幅度大于左结点幅度和右结点幅度。
5.根据权利要求1所述同时多波束雷达点迹凝聚方法，其特征在于：步骤4多普勒维凝聚中，“精确”多普勒单元号dop_a是通过下式计算：
6.根据权利要求1所述同时多波束雷达点迹凝聚方法，其特征在于：步骤6中波束维凝聚的方法是，在同一多普勒通道号同一距离单元号中波束号连续的点中选择幅度极大值所在的点的信息作为波束维凝聚后的目标点信息。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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