CN116224280B

CN116224280B - 雷达目标检测方法、装置、雷达设备及存储介质

Info

Publication number: CN116224280B
Application number: CN202310519787.1A
Authority: CN
Inventors: 施雪松; 武景; 郭坤鹏; 张培; 陈祥
Original assignee: Nanjing Hawkeye Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Hawkeye Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2023-05-10
Filing date: 2023-05-10
Publication date: 2023-07-25
Anticipated expiration: 2043-05-10
Also published as: CN116224280A

Abstract

本申请提供一种雷达目标检测方法、装置、雷达设备及存储介质，所述方法包括：对雷达回波数据生成的距离‑多普勒图进行压缩处理，以得到第一底噪图；对所述第一底噪图进行滑动滤波处理，以得到第二底噪图；获取所述距离‑多普勒图中同一距离的所有多普勒单元，并根据检测高限值对每个多普勒单元进行目标检测，以输出检测到的目标结果，其中所述检测高限值是根据所述第二底噪图的值和预设检测门限值计算得到。本申请能够提高雷达目标检测的准确性。

Description

雷达目标检测方法、装置、雷达设备及存储介质

技术领域

本申请涉及雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种雷达目标检测方法、装置、雷达设备及存储介质。

背景技术

雷达的恒虚警率（Constant 0-Alarm Rate，简称CFAR）检测是指通过在一定时间内对雷达监测到的目标进行统计和分析，得到虚警率，即误报目标数量占总报警目标数量的比例，并将其设定为一个固定的值。这个值作为雷达系统的警戒阈值，只有当检测到的目标跨过这个阈值，才会被警报处理，从而实现减少虚警率，提高雷达的检测效率和准确性的目的。

但是，在密集目标场景下，恒虚警率检测算法容易受到各种因素的干扰：例如目标的数量增多，易误判为真实目标；再例如目标之间距离较近，造成背景干扰较大，如雪花、天空、地面等可能被误判为目标。因此，有必要提供一种雷达目标检测方法，以提高目标检测的准确性。

发明内容

本申请提供一种雷达目标检测方法、装置、雷达设备及存储介质，用以解决现有技术中在密集目标场景下，仅使用恒虚警率检测算法进行目标检测时存在准确性不高的问题。

第一方面，本申请提供一种雷达目标检测方法，所述方法包括：

对雷达回波数据生成的距离-多普勒图进行压缩处理，以得到第一底噪图；

对所述第一底噪图进行滑动滤波处理，以得到第二底噪图；

获取所述距离-多普勒图中同一距离的所有多普勒单元，并根据检测高限值对每个多普勒单元进行目标检测，以输出检测到的目标结果，其中所述检测高限值是根据所述第二底噪图的值和预设检测门限值计算得到。

在本申请的一实施例中，所述对雷达回波数据生成的距离-多普勒图进行压缩处理，以得到第一底噪图的步骤包括：

将距离维和多普勒维进行傅里叶变换后取模，得到所述距离-多普勒图，所述距离-多普勒图的y坐标表示多普勒单元，x坐标表示距离单元，z坐标表示信号的幅度；

将所述距离-多普勒图沿多普勒维求均值，并剔除能量高于预设值的检测点。

在本申请的一实施例中，所述对雷达回波数据生成的距离-多普勒图进行压缩处理，以得到第一底噪图的步骤还包括：

假设距离单元数为m，多普勒单元数为n，则将大小为m*n的距离-多普勒图压缩为m*1的第一底噪图；

其中，m，n均为大于0的整数。

在本申请的一实施例中，所述检测高限值按照下式计算得到：

检测高限值=第二底噪图的值*预设检测门限值；

其中，所述预设检测门限值是从雷达的预设场景数据库中获取到。

在本申请的一实施例中，所述根据所述检测高限值对每个多普勒单元进行目标检测，以输出检测到的目标结果的步骤包括：

针对每个多普勒单元，判断其峰值是否大于检测低限值，所述检测低限值=所述第二底噪图的值*预设检测系数，其中所述预设检测系数从雷达系统中获取；

若所述峰值大于所述检测低限值，则再判断所述峰值是否高于所述检测高限值；

若所述峰值高于所述检测高限值，则将其作为检测到的目标结果输出，以实现多普勒维的目标检测。

在本申请的一实施例中，所述根据所述检测高限值对每个多普勒单元进行目标检测，以输出检测到的目标结果的步骤还包括：

针对每个距离单元，采用基于单元平均的恒虚警率检测算法对其进行目标检测，并将检测到的目标结果输出，以实现距离维的目标检测。

在本申请的一实施例中，所述针对每个多普勒单元，判断其峰值是否大于检测低限值的步骤包括：

判断每个多普勒单元的峰值；

若当前多普勒单元的值大于前一个多普勒单元的值且大于后一个多普勒单元的值，则将该当前多普勒单元的值作为其峰值。

第二方面，本申请还提供一种雷达目标检测装置，所述装置包括：

第一处理模块，用于对雷达回波数据生成的距离-多普勒图进行压缩处理，以得到第一底噪图；

第二处理模块，用于对所述第一底噪图进行滑动滤波处理，以得到第二底噪图；

计算模块，用于获取所述距离-多普勒图中同一距离的所有多普勒单元，并根据所述第二底噪图的值和预设检测门限值计算得到的检测高限值；

目标检测模块，用于根据所述检测高限值对每个多普勒单元进行目标检测，以输出检测到的目标结果。

第三方面，本申请还提供一种雷达设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述的雷达目标检测方法的步骤。

第四方面，本申请还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述的雷达目标检测方法的步骤。

本申请提供的雷达目标检测方法、装置、雷达设备及存储介质，通过对距离-多普勒图进行压缩处理以得到第一底噪图，并对第一底噪图进行滑波处理以得到第二底噪图，并根据第二底噪图的值和预设检测门限值计算检测高限值，最后根据检测高限值对每个多普勒单元进行目标检测，能够提高雷达目标检测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的雷达目标检测方法的流程示意图；

图2是本申请提供的距离-多普勒图（即RD图）；

图3是本申请提供的第一底噪图的示意图；

图4是本申请提供的第二底噪图的示意图；

图5是本申请提供的同一距离的所有多普勒单元的示意图；

图6是本申请提供的对doppler单元进行目标检测的流程示意图；

图7是本申请提供的第二底噪图、检测高限以及检测低限的示意图；

图8A是现有技术的目标检测结果的示意图；

图8B是本申请的目标检测结果的示意图；

图9是本申请提供的雷达目标检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。

以下对本申请涉及的技术术语进行描述：

恒虚警率（Constant 0 Alarm Rate，CFAR）检测算法是一种常用的雷达目标检测算法，主要应用于雷达信号处理中。该算法旨在保持雷达系统在一定的虚警率下实现高检测率和低误检率。恒虚警率检测算法适用于各种类型的雷达系统，例如气象雷达、控制监视雷达、地面搜索雷达等。

由于恒虚警率检测算法确保了雷达系统在检测目标同时维持了虚警率不变，因此其适用于各种不同用途的雷达系统。在实际应用中，根据实际需要选择合适的雷达目标检测算法，可以为不同场景下雷达目标检测提供有效的支持和保障。

为了解决现有技术中在密集目标场景下，仅使用恒虚警率检测算法进行目标检测时存在准确性不高的问题，本申请提供一种雷达目标检测方法、装置、雷达设备及存储介质，通过对距离-多普勒图进行压缩处理以得到第一底噪图，并对第一底噪图进行滑波处理以得到第二底噪图，并根据第二底噪图的值和预设检测门限值计算检测高限值，最后根据检测高限值对每个多普勒单元进行目标检测，能够提高雷达目标检测的准确性。

下面结合图1-图9描述本申请的雷达目标检测方法、装置、雷达设备及存储介质。

请参考图1，图1是本申请提供的雷达目标检测方法的流程示意图。一种雷达目标检测方法，所述方法包括：

步骤101，对雷达回波数据生成的距离-多普勒图进行压缩处理，以得到第一底噪图。

步骤102，对第一底噪图进行滑动滤波处理，以得到第二底噪图。

步骤103，获取距离-多普勒图中同一距离的所有多普勒单元，并根据检测高限值对每个多普勒单元进行目标检测，以输出检测到的目标结果，其中所述检测高限值是根据所述第二底噪图的值和预设检测门限值计算得到。

以下对上述步骤101~103进行具体描述。

在本申请的一些实施例中，步骤101中，对雷达回波数据生成的距离-多普勒图进行压缩处理，以得到第一底噪图的步骤包括：

步骤1011，将距离维和多普勒维进行傅里叶变换后取模，得到距离-多普勒图（如图2所示），所述距离-多普勒图的y坐标表示多普勒单元，x坐标表示距离单元，z坐标表示信号的幅度。

其中，距离-多普勒图（Range-Dependent Doppler，RD图）是一种在雷达信号处理中常用的图像表示方法，可以用来显示雷达接收到的脉冲回波信号在距离和多普勒频率上的变化规律。RD图是由距离多普勒图（Range-Doppler Map）进一步变换得到的结果，它将雷达信号从二维空间映射成了三维图像，其中横轴表示距离单元的距离，纵轴表示多普勒单元的多普勒频率，高度则表示雷达接收到的信号强度的信号幅度。

RD图可以显示目标随时间的距离和速度变化规律，从而可以对目标进行跟踪和识别，而且RD图在雷达信号处理中具有重要的作用，对于复杂的目标和环境，通过对RD图的分析和处理可以提高雷达系统的性能，并使雷达系统更加适应不同的应用场景。

步骤1012，将距离-多普勒图沿多普勒维求均值，并剔除能量高于预设值的检测点。

该步骤中，剔除能量高于预设值的检测点，其目的是为了减小环境噪声对检测目标的影响、降低虚警率、提高检测性能。由于雷达接收的信号包含了目标信号和环境噪声信号，因此在目标检测过程中，通过对RD图沿着Doppler维进行均值计算，可以较好地估计出环境噪声的强度，从而减小环境噪声对目标检测的干扰。

在本申请的一些实施例中，上述步骤101中，对雷达回波数据生成的距离-多普勒图进行压缩处理，以得到第一底噪图的步骤还包括：

假设距离单元数为m，多普勒单元数为n，则将大小为m*n的距离-多普勒图压缩为m*1的第一底噪图（如图3所示），其中，m，n均为大于0的整数。

然后，对该第一底噪图进行滑动滤波处理，以得到第二底噪图（如图4所示）。

底噪图是用功率谱密度函数（Power Spectral Density，简称PSD）来表示的。PSD表示了信号的功率在不同频率上的分布，其中包括了在雷达接收机和转发器之间传输的各种噪声和干扰信号。

底噪作为信号和噪声混合在一起的结果，通过对原始信号做时间平均来平滑处理，从而形成比较平整的功率密度谱。底噪图可以用于评估雷达系统的灵敏度和噪声水平，以及进行雷达信号处理中的相关算法设计和优化。

在本申请的一些实施例中，上述步骤103中，所述获取所述距离-多普勒图中同一距离的所有多普勒单元的步骤包括：

在距离-多普勒图（即RD图）中沿距离单元从小到大依次读取多普勒（doppler）单元，一次可读取一个距离单元的所有多普勒单元，如图5所示。雷达RD图上的每个doppler单元表示雷达接收到的来自相应方向的回波信号在doppler频移方向上的能量大小。在雷达信号处理中，需要将回波数据转换成RD矩阵，RD矩阵是以距离为横坐标，以doppler频移为纵坐标，表示回波信号强度的矩阵。

对于每个Doppler单元，经过信号处理后，可以得到相应方向上的Doppler频移大小和方向，以及由目标反射回来的信号能量大小等信息。通过RD矩阵可以直观地看到目标在Doppler频移方向上的分布情况以及Doppler频移的大小，对后续的目标检测、跟踪等处理提供了有用的信息。

在本申请的一些实施例中，请参考图6，图6是本申请提供的对doppler单元进行目标检测的流程示意图，上述步骤103中，根据所述检测高限值对每个多普勒单元进行目标检测，以输出检测到的目标结果的步骤包括：

步骤601，针对每个多普勒单元，判断其峰值是否大于检测低限值，所述检测低限值=所述第二底噪图的值*预设检测系数，其中所述预设检测系数从雷达系统中获取。

示例性地，判断每个多普勒单元的峰值的方法是：若当前多普勒单元的值大于前一个多普勒单元的值且大于后一个多普勒单元的值，则将该当前多普勒单元的值作为其峰值。

在RD图中，峰值表示相应方向上的信号能量大小，其幅值大小与雷达接收到的来自目标的回波信号强度和雷达系统参数有关。

在RD图中，第一个doppler单元的前一个单元为最后一个单元，同样，最后一个doppler单元的下一个单元为第一个单元。

示例性地，预设检测系数可以可根据雷达系统设计来计算，例如预设检测系数的值为12dB。

步骤602，若所述峰值大于所述检测低限值，则再判断所述峰值是否高于所述检测高限值。

其中，检测高限值=第二底噪图的值*预设检测门限值，所述预设检测门限值是从雷达的预设场景数据库中获取到，预设场景数据库是雷达在不同的道路上进行采集以后进行归类处理的一个数据库。例如，该预设检测门限值为36dB。

步骤603，若所述峰值高于所述检测高限值，则将其作为检测到的目标结果输出，以实现多普勒维的目标检测。

请参考图7，图7是本申请提供的第二底噪图、检测高限以及检测低限的示意图。图7中最底下的那条曲线表示第二底噪图，中间那条曲线表示检测低限，最上面那条曲线表示检测高限。

需要说明的是，本申请在雷达信号处理中，若一个信号的峰值小于检测低限值，则可以不予处理，可视为噪声；若一个信号的峰值大于检测高限值，则认为该信号存在，可视为目标信号，进行后续处理。

另外，检测低限值与雷达系统灵敏度有关，可将其取值设为较低，以用于尽可能地捕捉较弱的目标回波信号。而检测高限值则用于剔除目标回波信号中的杂波等，并使得目标回波信号得到更可靠的识别。因此，检测高限值被设置为一个适当的门限值，不同的雷达系统和应用场景可根据实际情况进行调整。

在本申请的一些实施例中，上述步骤103中，所述根据所述检测高限值对每个多普勒单元进行目标检测，以输出检测到的目标结果的步骤进一步包括：

步骤604，针对每个距离单元，采用基于单元平均的恒虚警率检测算法对其进行目标检测，并将检测到的目标结果输出，以实现距离维的目标检测。

其中，基于单元平均的恒虚警率（Cell Averaging - Constant 0 Alarm Rate，简称CA-CFAR）检测算法是一种常用的雷达目标检测算法，其主要目的是识别雷达回波信号中存在的目标信号，并剔除虚警（杂波）信号。该算法的基本思想是根据雷达回波信号的统计特性，利用窗口内的噪声平均值来估计背景噪声水平，并通过一个恒定的虚警率门限来判定目标信号是否存在。

具体地，CA-CFAR检测算法的具体实现步骤如下：

步骤一，对于每个检测窗口，确定一个用于计算噪声平均值的参考窗口和用于检测的单元窗口。其中参考窗口和单元窗口可以是矩形或圆形等不同形状。

步骤二，对于参考窗口内的所有单元，计算其幅值的平均值，得到一个参考噪声幅值。其中参考噪声幅值可以通过加权平均或简单平均等方式计算。

步骤三，在单元窗口内，计算所有单元的幅值的平均值，并将其与参考噪声幅值进行比较，得到一个恒定虚警率下的门限值。其中门限值的计算方法取决于所采用的CA-CFAR算法类型。

步骤四，对于单元窗口内每个单元的幅值，如果其大于门限值，则判定为存在目标信号，否则判定为不存在目标信号。

步骤五，对于每个检测窗口，若存在多个判定为目标信号的单元，则需要对其进行后续处理，例如利用聚类、阈值等方法进行目标提取和定位。

综上所述，本申请通过对多普勒维采用检测高限值进行雷达目标检测，以及对距离维采用CA-CFAR进行雷达目标检测，即采用距离-多普勒的二维检测。通过对多普勒维和距离维进行二维检测，可以将目标的距离和速度特征耦合起来进行分析和处理，从而更加精确地确定目标的位置和属性。同时，二维目标检测还可以利用雷达信号的相关信息，进一步提高雷达目标检测的准确性和可靠性。

请参考图8A、图8B，图8A是现有技术的目标检测结果的示意图，图8B是本申请的目标检测结果的示意图。图8A是使用CFAR检测算法检测的结果，星号标注的点为检测点，图8B为使用本申请所述的雷达目标检测方法所检出的结果。从图8B可以看出，本申请的目标检出率大大提高，尤其是针对密集目标场景。

下面对本申请提供的雷达目标检测装置进行描述，下文描述的雷达目标检测装置与上文描述的雷达目标检测方法可相互对应参照。

请参考图9，图9是本申请提供的雷达目标检测装置的结构示意图。一种雷达目标检测装置900，所述装置包括第一处理模块901、第二处理模块902、计算模块903以及目标检测模块904。

示例性地，第一处理模块901用于对雷达回波数据生成的距离-多普勒图进行压缩处理，以得到第一底噪图。

示例性地，第二处理模块902用于对所述第一底噪图进行滑动滤波处理，以得到第二底噪图。

示例性地，计算模块903用于获取所述距离-多普勒图中同一距离的所有多普勒单元，并根据所述第二底噪图的值和预设检测门限值计算得到的检测高限值。

示例性地，目标检测模块904用于根据所述检测高限值对每个多普勒单元进行目标检测，以输出检测到的目标结果。

示例性地，第一处理模块901还用于：

其中，m，n均为大于0的整数。

示例性地，计算模块903还用于：

所述检测高限值按照下式计算得到：

检测高限值=第二底噪图的值*预设检测门限值；

示例性地，目标检测模块904还用于：

判断每个多普勒单元的峰值；

在此需要说明的是，本申请实施例提供的上述雷达目标检测装置，能够实现上述方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。

在本申请的一些实施例种，本申请还提供一种，雷达设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的雷达目标检测方法的步骤。

此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本申请还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的雷达目标检测方法，该方法包括：

对所述第一底噪图进行滑动滤波处理，以得到第二底噪图；

又一方面，本申请还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的雷达目标检测方法，该方法包括：

对所述第一底噪图进行滑动滤波处理，以得到第二底噪图；

本申请实施例提供的一种雷达设备、一种计算机程序产品、一种处理器可读存储介质，其上存储的计算机程序使处理器能够实现上述方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种雷达目标检测方法，其特征在于，所述方法包括：

对所述第一底噪图进行滑动滤波处理，以得到第二底噪图；

获取所述距离-多普勒图中同一距离的所有多普勒单元，并根据检测高限值对每个多普勒单元进行目标检测，以输出检测到的目标结果，其中所述检测高限值是根据所述第二底噪图的值和预设检测门限值计算得到，该步骤包括：

若所述峰值高于所述检测高限值，则将其作为检测到的目标结果输出，以实现多普勒维的目标检测；以及

针对每个距离单元，采用基于单元平均的恒虚警率检测算法对其再进行目标检测，并将检测到的目标结果输出，以实现距离维的目标检测;

其中，获得所述第一底噪图的步骤包括：

将所述距离-多普勒图沿多普勒维求均值，并剔除能量高于预设值的检测点；

假设距离单元数为m，多普勒单元数为n，则将大小为m*n的距离-多普勒图压缩为m*1的第一底噪图，m，n均为大于0的整数。

2.根据权利要求1所述的雷达目标检测方法，其特征在于，所述检测高限值按照下式计算得到：

检测高限值=第二底噪图的值*预设检测门限值；

3.根据权利要求1所述的雷达目标检测方法，其特征在于，所述针对每个多普勒单元，判断其峰值是否大于检测低限值的步骤包括：

判断每个多普勒单元的峰值；

4.一种雷达目标检测装置，其特征在于，所述装置包括：

目标检测模块，用于根据所述检测高限值对每个多普勒单元进行目标检测，以输出检测到的目标结果；

其中，所述目标检测模块还用于：

针对每个距离单元，采用基于单元平均的恒虚警率检测算法对其再进行目标检测，并将检测到的目标结果输出，以实现距离维的目标检测；

其中，所述第一处理模块还用于：

5.一种雷达设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至3任一项所述的雷达目标检测方法的步骤。

6.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述的雷达目标检测方法的步骤。