NL1024654C2 - Doppler polarimetric detection and classification methods. - Google Patents
Doppler polarimetric detection and classification methods. Download PDFInfo
- Publication number
- NL1024654C2 NL1024654C2 NL1024654A NL1024654A NL1024654C2 NL 1024654 C2 NL1024654 C2 NL 1024654C2 NL 1024654 A NL1024654 A NL 1024654A NL 1024654 A NL1024654 A NL 1024654A NL 1024654 C2 NL1024654 C2 NL 1024654C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- doppler
- polarimetric
- range
- primary
- detection
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/024—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using polarisation effects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
- G01S7/414—Discriminating targets with respect to background clutter
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Description
Doppler polarimetrische detectie- en classificatiewerkwijzenDoppler polarimetric detection and classification methods
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op radartechnologie en, meer in het bijzonder, op een detectiewerkwijze en een 5 classificatiewerkwijze, aangepast voor polarimetrische radar. De detectie- en classificatiewerkwijzen van de uitvinding zijn uitermate geschikt voor het detecteren en classificeren van kleine objecten in een omgeving met veel dutter.The present invention relates to radar technology and, more particularly, to a detection method and a classification method adapted for polarimetric radar. The detection and classification methods of the invention are extremely suitable for detecting and classifying small objects in an environment with much more power.
10 Identificatie en onderscheiding van objecten kan worden gerealiseerd door het polariseren van een uitgezonden RF signaal en het controleren van de co-lineaire en kruisgepolariseerde verstrooiingskarakteristieken van een object. Voor eenvoudige radarobjecten is de verhouding tussen co-iineair gepolariseerde en kruisgepolariseerde 15 verstrooide door het doel teruggekaatste energie grotendeels constant, terwijl voor meer complexe radarobjecten de co-lineaire en kruisgepolariseerde verhoudingen variëren volgens variaties in de afstand tussen het radarsysteem en het object. In dit geval passen radars een polarimetrische, niet-coherente meting toe, bijvoorbeeld voor het weer.Identification and discrimination of objects can be achieved by polarizing a transmitted RF signal and checking the co-linear and cross-polarized scattering characteristics of an object. For simple radar objects, the ratio between co-linear polarized and cross-polarized scattered energy reflected by the target is largely constant, while for more complex radar objects, the co-linear and cross-polarized ratios vary according to variations in the distance between the radar system and the object. In this case, radars apply a polarimetric, non-coherent measurement, for example for the weather.
2020
Voor dit doel worden dubbele (aparte) antenne-gèbaseerde niet-coherente polarimetrische systemen toegepast. Vergeleken met radar die werkt met identieke zend- en ontvangpolarisaties, geeft polarimetrische radar een vollediger beschrijving van het reflectiegedrag van de omgeving van de 25 radar. In plaats van de één-grootheid RCS (Radar Cross-Section, radarterugstraalvlak) wordt een 2x2 complexe verstrooiingsmatrix geschat, die gewoonlijk met S wordt aangeduid. Reflectie-eigenschappen voor elke mogelijke zend- en ontvangpolarisatie kunnen uit deze matrix worden afgeleid. Om deze extra informatie te verkrijgen is echter wel een relatief 30 geavanceerd antennesysteem vereist dat meervoudige polarisaties ondersteunt. Helaas werken dergelijke polarimetrische systemen niet correct wanneer zich Doppler shifts voordoen.Double (separate) antenna-based non-coherent polarimetric systems are used for this purpose. Compared to radar that works with identical transmit and receive polarizations, polarimetric radar provides a more complete description of the reflection behavior of the environment of the radar. Instead of the one-quantity RCS (Radar Cross-Section, radar return plane), a 2x2 complex scattering matrix is estimated, which is usually referred to as S. Reflection properties for every possible send and receive polarization can be derived from this matrix. To obtain this additional information, however, a relatively advanced antenna system is required that supports multiple polarizations. Unfortunately, such polarimetric systems do not work correctly when Doppler shifts occur.
In andere gevallen kunnen radars gebruik maken van coherente 35 Dopplerwerkwijzen in FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave, 1024654 2 frequentiegemoduleerde continue golf) of pulsgolfvormen. Doppler radars worden gebruikt voor het detecteren van objecten in locaties waar echosignalen een hoog dutter- of ruisgehalte hebben, hetgeen bij gebruik van conventionele radarsignaalverwerkingstechnieken het vaststellen hindert 5 van de aanwezigheid van een object.In other cases, radars may use coherent Doppler methods in FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave, 1024654 2 frequency modulated continuous wave) or pulse waveforms. Doppler radars are used to detect objects in locations where echo signals have a high nap or noise content, which, when using conventional radar signal processing techniques, hinders the detection of the presence of an object.
Doppler radars kunnen in staat zijn om bewegende objecten te detecteren onder omstandigheden waarin conventionele verwerking ineffectief is. Een conventionele MTI (Moving Target Indication, aanwijzing 10 van bewegende doelen) radar trekt het van één puls ontvangen echosignaal af van het echosignaal voor de volgende puls, als een middel om de echosignalen van stationaire objecten (dutter) te verwijderen, en alleen de echo's van bewegende objecten over te houden. Doppler radar is aangewezen op de frequentieverschuiving in het echosignaal, dat 15 veroorzaakt wordt door de snelheid van een object dat het uitgezonden radarsignaal terugkaatst. In het algemeen zijn de objecten die de cluttercomponenten van de echosignalen terugkaatsen, stilstaand of zeer langzaam bewegend. Dientengevolge hebben clutterechosignalen in wezen dezelfde frequentie als het uitgezonden radarsignaal. Indien het gezochte of 20 gevolgde object met een relatief hoge snelheid beweegt, doet zich een voldoend duidelijke Doppler frequentieverschuiving voor in de door dat object teruggekaatste signalen, zodat deze door smalle-band Doppler filteren gescheiden kunnen worden van de cluttersignalen.Doppler radars may be able to detect moving objects under conditions where conventional processing is ineffective. A conventional MTI (Moving Target Indication) radar subtracts the echo signal received from one pulse from the echo signal for the next pulse, as a means to remove the echo signals from stationary objects (dutter), and only the echoes of moving objects. Doppler radar is dependent on the frequency shift in the echo signal, which is caused by the speed of an object that reflects the transmitted radar signal. In general, the objects that reflect the clutter components of the echo signals are stationary or moving very slowly. Consequently, clutter echo signals have essentially the same frequency as the emitted radar signal. If the object sought or followed is moving at a relatively high speed, a sufficiently clear Doppler frequency shift occurs in the signals reflected back by that object, so that these can be separated from the clutter signals by narrow-band Doppler filtering.
25 Door de ontwikkeling van zeer snelle vliegtuigen, die in staat zijn zeer laag te vliegen, is Doppler radar dankzij deze eigenschappen nu van toenemend belang. Een dergelijk vliegtuig zou kunnen ontkomen aan detectie door conventionele radar en MTI radar, omdat cluttersignalen die door de grond, vegetatie of het oppervlak van de zee teruggekaatst worden 30 sterk genoeg kunnen zijn om de detectie te verstoren van de door het vliegtuig teruggekaatste signalen. Deze problemen worden in belangrijke mate verkleind door de toepassing van Doppler radar.25 Due to the development of very fast aircraft that are able to fly very low, Doppler radar is now of increasing importance thanks to these characteristics. Such an aircraft could escape detection by conventional radar and MTI radar, because clutter signals reflected from the ground, vegetation or the surface of the sea can be strong enough to disrupt the detection of the signals reflected by the aircraft. These problems are significantly reduced by the use of Doppler radar.
1024654 31024654 3
De SQUIRE grondradar is een hoge-resolutieradar, die voor dit andere doel wordt toegepast. De SQUIRE grondradar maakt gebruik van Doppler maar is niet in staat polarimetrie toe te passen.The SQUIRE ground radar is a high-resolution radar that is used for this other purpose. The SQUIRE ground radar uses Doppler but is unable to apply polarimetry.
5 Hetzelfde geldt voor alle in gebruik zijnde systemen: geen ervan is geschikt voor gelijktijdige toepassing van Doppler en polarimetrie met hoge resolutie. Daarom detecteren deze systemen geen kleine objecten in een omgeving (bijvoorbeeld de zee) met veel dutter.5 The same applies to all systems in use: none of them is suitable for simultaneous application of Doppler and high resolution polarimetry. That is why these systems do not detect small objects in an environment (for example, the sea) with much nap.
10 De onderhavige uitvinding elimineert de bovengenoemde nadelen door tegelijkertijd Doppler en hoge-resolutie polarimetrische data te gebruiken.The present invention eliminates the aforementioned drawbacks by simultaneously using Doppler and high-resolution polarimetric data.
Een doel van deze uitvinding is een werkwijze voor de detectie 15 van een object in een omgeving, uit door bewerking van ontvangen polarimetrische data verkregen range Doppler spectra, omvattende: - De selectie (11) van een primair polarisatiekanaal Ci.An object of this invention is a method for the detection of an object in an environment, from a range Doppler spectra obtained by processing received polarimetric data, comprising: - The selection (11) of a primary polarization channel Ci.
- Het zodanig filteren (13) van de range Doppler spectra van dit primaire kanaal dat alleen de waarden overblijven die corresponderen met de 20 range Doppler bins in het primaire polarisatiekanaal die een drempel hebben overschreden.- Filtering (13) the range Doppler spectra of this primary channel so that only those values that correspond to the range Doppler bins in the primary polarization channel that have exceeded a threshold remain.
- Het zodanig filteren (13) van de range Doppler spectra van een secondair kanaal dat alleen de waarden overblijven die corresponderen met de range Doppler bins van het primaire polarisatiekanaal die een drempel 25 hebben overschreden.- Filtering (13) the range Doppler spectra of a secondary channel so that only the values that correspond to the range Doppler bins of the primary polarization channel remain that have exceeded a threshold.
De detectiewerkwijze kan een kenmerkextractiefunctie omvatten, voor het geval dat een te detecteren object na het filteren (13) niet duidelijk gescheiden is van een clutterverschijnsel.The detection method may include a feature extraction function, in case an object to be detected is not clearly separated from a clutter phenomenon after filtering (13).
3030
Een ander doel van deze uitvinding is een classificatiewerkwijze die gebruik maakt van de door de detectiewerkwijze geëxtraheerde kenmerken, omvattende de waarschijnlijkheidsbewerking van de geëxtraheerde kenmerken die, tot een objectcategorie behorende, 35 polarimetrische en niet-polarimetrische kenmerken omvatten.Another object of this invention is a classification method that utilizes the characteristics extracted by the detection method, including the probability processing of the extracted characteristics that include polarimetric and non-polarimetric characteristics belonging to an object category.
102 46 '·.102 46 '·.
44
Verdere kenmerken en gunstige eigenschappen van de uitvinding zullen duidelijk worden uit de volgende beschrijving van voorbeelden van uitvoeringsvormen van de uitvinding, aan de hand van afbeeldingen, die voor de uitvinding essentiële bijzonderheden laten zien, en uit de conclusies. De 5 afzonderlijke eigenschappen kunnen apart, allemaal of in elke gewenste combinatie worden gerealiseerd in een van de mogelijke uitvoeringsvormen van de uitvinding.Further features and advantageous features of the invention will become apparent from the following description of examples of embodiments of the invention, with reference to the illustrations showing specific features of the invention, and from the claims. The individual properties can be realized separately, all or in any desired combination in one of the possible embodiments of the invention.
Afbeelding 1, een functieschema van een polarimetrisch systeem 10 volgens de uitvinding.Figure 1, a function diagram of a polarimetric system 10 according to the invention.
Beschouwd wordt de Doppler polarimetrie in een rondzoekradar voor het maritieme oppervlaktebeeld. De taak van deze radar is om objecten met een geringe RCS in kustgebieden te detecteren. Het systeem produceert 15 schattingen van de verstrooiingsmatrix per range Doppler bin. Een aantal fysieke grootheden wordt besproken die kunnen worden benut om . objectecho's te onderscheiden van zeeclutterresponsen en een indruk wordt gegeven van de effectiviteit ervan.The Doppler polarimetry is considered in a search radar for the maritime surface image. The task of this radar is to detect objects with a low RCS in coastal areas. The system produces 15 estimates of the scattering matrix per Doppler bin range. A number of physical quantities are discussed that can be exploited to. distinguish object echoes from sea clutter responses and give an impression of their effectiveness.
20 Een radarbundel wordt gemaakt in een aantal richtingen en de teruggekaatste (polarimetrische) energie van kleine objecten en de omgeving wordt ontvangen en geëxtraheerd. Door Doppler polarimetrische informatie te benutten kan het object afgezonderd worden van zijn omgeving, met gebruikmaking van een aantal verschillende kenmerken en technieken, zodat 25 het kan worden gedetecteerd en geclassificeerd.A radar beam is made in a number of directions and the reflected (polarimetric) energy from small objects and the environment is received and extracted. By utilizing Doppler polarimetric information, the object can be isolated from its environment, using a number of different features and techniques, so that it can be detected and classified.
De radar is ingericht om de gelijktijdige ontvangst van twee polarisaties te bevorderen. Bij het zenden kan circulaire polarisatie worden teweeggebracht door het op de juiste wijze voeden van de stralingssondes 30 met signalen die 90° in fase verschoven zijn. Er zijn tevens twee ontvangstmodi: lineair (H en V) en circulair (L en R). De zendpolarisatie en de ontvangstmodus kunnen van te voren worden geprogrammeerd en kunnen van sweep tot sweep worden gewijzigd.The radar is designed to promote the simultaneous reception of two polarizations. Upon transmission, circular polarization can be effected by properly feeding the radiation probes 30 with signals shifted 90 ° in phase. There are also two reception modes: linear (H and V) and circular (L and R). The send polarization and the receiving mode can be programmed in advance and can be changed from sweep to sweep.
1024854 51024854 5
Als voorverwerking wordt range processing uitgevoerd. De uitgangssequenties vormen range spectra. De range spectra ondergaan Doppler processing.Range processing is performed as pre-processing. The starting sequences form range spectra. The range spectra undergo Doppler processing.
5 De Doppler spectra worden onderworpen aan een calibratiecorrectie. De bedoeling van de calibratiecorrectie is meerledig. Overspraak tussen ontvangerkanalen wordt gecompenseerd, niet-perfecte afstemming van de stralers en/of van de antennes wordt verholpen, de overdrachtfuncties (fase- en amplituderespons) van de zendwegen en ook 10 die van de twee ontvangerkanalen worden gelijkgericht.The Doppler spectra are subjected to a calibration correction. The purpose of the calibration correction is multiple. Cross-talk between receiver channels is compensated, inadequate tuning of the radiators and / or of the antennas is remedied, the transmission functions (phase and amplitude response) of the transmission paths and also those of the two receiver channels are rectified.
De output van het proces omvat calibratie-gecorrigeerde verstrooiingsmatrixschattingen per range Doppler cel voor de range Doppler spectra in de zogenaamde lineaire basis, d.w.z. voor de 15 polarisatiecombinaties HH, W, HV en VH. De eerste letter geeft de ontvangpolarisatie aan, de tweede letter karakteriseert de zendpolarisatie.The output of the process includes calibration-corrected scattering matrix estimates per range Doppler cell for the range Doppler spectra in the so-called linear basis, i.e. for the polarization combinations HH, W, HV and VH. The first letter indicates the receive polarization, the second letter characterizes the send polarization.
Afbeelding 1 toont een detectiesysteem 10 volgens de uitvinding, dat deze calibratie-gecorrigeerde verstrooiingsmatrixschattingen per range 20 Doppler cel ontvangt. De onderstaande uitleg van de detectie wordt gegeven aan de hand van het voorbeeld van een polarimetrische scheepsradar. De clutter-rijke omgeving Is dus een zeeclutteromgeving.Figure 1 shows a detection system 10 according to the invention, which receives this calibration-corrected scattering matrix estimates per range Doppler cell. The explanation of the detection below is given on the basis of the example of a polarimetric ship radar. The clutter-rich environment Is therefore a sea clutter environment.
In een eerste stap, afhankelijk van de golfrichting Dw in relatie tot 25 de kijkrichting van de radar Dr, selecteren de primaire polarisatieselectiemiddelen 11 een primair polarisatiekanaal Ci. Het andere kanaal wordt gedefinieerd als het secundaire kanaal.In a first step, depending on the wave direction Dw in relation to the viewing direction of the radar Dr, the primary polarization selection means 11 select a primary polarization channel Ci. The other channel is defined as the secondary channel.
De verstrooiingsmatrices kunnen worden bekeken in verschillende 30 polarisatiebases (bijvoorbeeld de volgende bases - rechthoekig: range Doppler spectra voor HH, W, HV en VH; Pauli: range Doppler spectra voor HH+W, HH-W, VH+HV en VH-HV; circulair: range Doppler spectra voor LL, RR, RL en LR). In het volgende dient de lineaire basis als voorbeeld.The scattering matrices can be viewed in different polarization bases (for example the following bases - rectangular: range Doppler spectra for HH, W, HV and VH; Pauli: range Doppler spectra for HH + W, HH-W, VH + HV and VH-HV ; circular: range Doppler spectra for LL, RR, RL and LR). In the following, the linear basis serves as an example.
10246 54 ’ 610246 54 "6
Uit de informatie pc, vc, aCl in de dutter map blijkt de huidige positie van de radar ten opzichte van de zeegolven. Gebruikmakend van deze informatie kan de optimale polarisatie voor piekdetectie worden bepaald en zo wordt de optimale polarisatie geselecteerd door de primaire 5 polarisatieselectiemiddelen 11.The information pc, vc, aCl in the dutter map shows the current position of the radar relative to the sea waves. Using this information, the optimum polarization for peak detection can be determined and thus the optimum polarization is selected by the primary polarization selection means 11.
Afhankelijk van de golfrichting zal zeeclutter sterker aanwezig zijn in een van beide kanalen, resulterend in meer hits. Het doel van de verdere detectiestappen is om object- en zeeclutterhits te scheiden, door middel van io een kenmerk of een combinatie van kenmerken.Depending on the wave direction, sea clutter will be more present in one of the two channels, resulting in more hits. The purpose of the further detection steps is to separate object and sea clutter hits by means of a characteristic or a combination of characteristics.
Bij een gegeven range Doppler spectrum wordt de objectrespons opgespoord. Voor het identificeren van objectresponsen wordt een tweetrapsprocedure gevolgd.The object response is traced at a given range of Doppler spectrum. A two-step procedure is followed to identify object responses.
1515
Eerst wordt een op het ruisniveau ingesteld CFAR (Controlled False Alarm Rate, geregeld loos-alarm) filter 12 toegepast. Als primair kanaal Ci wordt aangeduid het kanaal dat door het CFAR filter 12 wordt geleid. Cellen met een signaalvermogen dat uitgaat boven een bepaalde drempel 20 zijn mogelijk clutterresponsen. Daarom ontvangt het CFAR filter 12 de primaire kenmerken, namelijk een range Doppler matrix van het primaire kanaal R1p en filtert dit met de CFAR drempel ïcfar· De primaire kenmerken die worden benut door het CFAR filter 12 zijn het vermogen p, de afstand r en de Dopplersnelheid v.First, a CFAR (Controlled False Alarm Rate) set to the noise level is applied. The primary channel Ci is the channel that is passed through the CFAR filter 12. Cells with a signal power that exceeds a certain threshold 20 may be clutter responses. Therefore, the CFAR filter 12 receives the primary characteristics, namely a range Doppler matrix of the primary channel R1p and filters this with the CFAR threshold. Cfar · The primary characteristics used by the CFAR filter 12 are the power p, the distance r and the Doppler speed v.
2525
Om te beslissen welk spectrum dient te worden gebruikt als drempel ïcfar door het CFAR filter 12 en welk van de kenmerkgroepenfilters FS1,2 en 3 dient te worden gebruikt voor detectie, is een dutter map 14 nodig. In de dutter map 14 wordt de volgende informatie opgeslagen: 30 vermogen pCl zeeclutter radiaalsnelheidspectrum vc, dutter covariantiematrix oc.To decide which spectrum is to be used as the threshold by the CFAR filter 12 and which of the feature group filters FS1, 2 and 3 is to be used for detection, a dutter map 14 is required. The following information is stored in the dutter folder 14: power pCl sea clutter radial speed spectrum vc, dutter covariance matrix oc.
Er wordt niet uitgegaan van een bestaande vermogensdistributie van het object, aangezien de RCS niet bekend is en ook niet waar'het object 35 zich bevindt en wat de snelheid ervan is. Door gebruik te maken van 1024654 7 interpolatie kan een betere schatting van afstand en radiaalsneiheid van objecten worden verkregen. De geïnterpoleerde radiaalsneiheid verbetert de detectie van objecten die zich in de nabijheid van zeeclutter met radiaalsneiheid bevinden.An existing power distribution of the object is not assumed, since the RCS is not known nor where the object 35 is located and what its speed is. By using interpolation 1024654 7, a better estimation of distance and radial velocity of objects can be obtained. The interpolated radial tendency improves the detection of objects that are in the vicinity of a sea clutter with radial tendency.
55
Het CFAR filter 12 is aangesloten op hitselectiemiddelen 13, zodanig dat alleen de waarden in de range Doppler bins die de drempel hebben overschreden, bewaard worden voor beide kanalen (het primaire kanaal en het secundaire polarisatiekanaal). Deze overschrijdingen worden 10 hits h genoemd. Op deze wijze worden dominante verstrooien opgespoord, door elk van deze cellen te vergelijken met, bijvoorbeeld, de acht naastliggende range Doppler cellen. Indien de respons in de cel hoger is dan die van de acht buurcellen, wordt deze geacht een dominante verstrooier te zijn en als een objectrespons aangemerkt.The CFAR filter 12 is connected to hit selection means 13, such that only the values in the range Doppler bins that have exceeded the threshold are stored for both channels (the primary channel and the secondary polarization channel). These exceedances are called 10 hits h. In this way, dominant scattering is detected by comparing each of these cells with, for example, the eight adjacent range of Doppler cells. If the response in the cell is higher than that of the eight neighboring cells, it is considered to be a dominant scatterer and is considered an object response.
1515
Afhankelijk van de objectpositie voor wat betreft afstand pt en radiaalsneiheid vt ten opzichte van de zeeclutterpositie, worden de hits h toegevoerd aan een van de drie volgende kenmerkgroepenfilters FS1, FS2 en FS3, teneinde passende kenmerken te extraheren.Depending on the object position with regard to distance pt and radial speed vt relative to the sea clutter position, the hits h are applied to one of the following three feature group filters FS1, FS2 and FS3, in order to extract appropriate features.
2020
Voor elke hit (hetzij zeeclutter of objectrespons) wordt een serie kenmerken geëxtraheerd uit de Doppler polarimetrische beelden (D-HH, DHV, D-VH, D-VV), die kunnen helpen om onderscheid te maken tussen de twee categorieën. De meest significante kenmerken zijn onder andere de 25 volgende acht: • Vermogen p, bij een specifieke polarisatiecombinatie, bijvoorbeeld W.For each hit (either sea clutter or object response), a series of features is extracted from the Doppler polarimetric images (D-HH, DHV, D-VH, D-VV), which can help to distinguish between the two categories. The most significant features include the following eight: • Power p, with a specific polarization combination, for example W.
• Afstand r, voor deze specifieke polarisatiecombinatie.• Distance r, for this specific polarization combination.
• Breedte in het rangedomein σΓ, voor deze specifieke polarisatiecombinatie.• Width in the range domain σΓ, for this specific polarization combination.
30 · Afstandsverschil Ar. De afstand tussen de afstanden bepaald voor de specifieke polarisatiecombinatie en het tegengestelde ervan, bijvoorbeeld W en HH.30 · Distance difference Ar. The distance between the distances determined for the specific polarization combination and its opposite, for example W and HH.
• Radiaalsnelheidsverschil Av. Het verschil tussen de radiaalsnelheden voor de specifieke polarisatiecombinatie en het tegengestelde ervan 35 wordt bepaald, bijvoorbeeld W and HH.• Radial speed difference Av. The difference between the radial rates for the specific polarization combination and the opposite thereof is determined, for example W and HH.
1024834 8 • Polarisatieverhouding HVR. Dit is het vermogen bij deze tegengestelde polarisatiecombinatie, gedeeld door het vermogen bij deze specifieke polarisatiecombinatie, bijvoorbeeld HH gedeeld door VV.1024834 8 • Polarization ratio HVR. This is the power with this opposite polarization combination, divided by the power with this specific polarization combination, for example HH divided by VV.
55
De kenmerkgroepen omvatten de volgende kenmerken:The feature groups include the following features:
Primaire kenmerken zijn het vermogen p, de afstand r en de Dopplersnelheid v. Deze primaire kenmerken worden benut door het CFAR filter 12. Uit de piekpassingsprocedure wordt de geïnterpoleerde Dopplersnelheid gebruikt 10 om onderscheid te maken tussen dutter en object. Informatie uit de dutter map wordt gebruikt om de Dopplersnelheidsgrenzen waartussen dit nuttig is in te stellen.Primary characteristics are the power p, the distance r and the Doppler speed v. These primary characteristics are utilized by the CFAR filter 12. From the peak-fitting procedure, the interpolated Doppler speed is used to distinguish between the nap and object. Information from the dutter folder is used to set the Doppler speed limits between which this is useful.
Voor elke gedetecteerde piek in het range Doppler domein kan 15 een serie kenmerken worden geëxtraheerd. De extensie (uitstrekking) van kleine objecten wat betreft afstand en radiaalsnelheid is beperkt. Verder is het maximale verschil in afstand en radiaalsnelheid tussen de maximaal verschillende polarimetrische kanalen klein. In relatie echter tot zeeclutter is het bekend dat de respons wordt veroorzaakt door verschillende fysieke 20 verschijnselen, die gekenmerkt worden door verschillende radiaaisnelheden die niet noodzakelijkerwijs optreden bij identieke afstanden. Dit resulteert in een extensie van de individuele rèsponsen voor wat betreft afstand en radiaalsnelheid, en de pieken in de polarimetrische kanalen vallen niet samen voor wat betreft afstand en snelheid. Twee categorieën kenmerken 25 maken hier gebruik van: kenmerken die de extensie voor wat betreft afstand en radiaalsnelheid voorstellen, en kenmerken die een verschil aangeven in de locatie van maxima in verschillende polarimetrische kanalen. De secundaire-kenmerkengroep bevat een niet-polarimetrische groep en een polarimetrische groep: 30 - Niet-polarimetrische secundaire kenmerken: σι and öz, spectrumbreedtematen.A series of features can be extracted for each peak detected in the range Doppler domain. The extension (extension) of small objects in terms of distance and radial speed is limited. Furthermore, the maximum difference in distance and radial speed between the maximum different polarimetric channels is small. However, in relation to sea clutter, it is known that the response is caused by different physical phenomena, which are characterized by different radial speeds that do not necessarily occur at identical distances. This results in an extension of the individual retrenching in terms of distance and radial speed, and the peaks in the polarimetric channels do not coincide in terms of distance and speed. Two categories of features make use of this: features that represent the extension in terms of distance and radial speed, and features that indicate a difference in the location of maxima in different polarimetric channels. The secondary characteristic group contains a non-polarimetric group and a polarimetric group: 30 - Non-polarimetric secondary characteristics: σι and öz, spectrum widths.
• σι wordt gegeven door_ | jb+2 f ^ ^ „+2 — . m+2 σι = i Σ - Σ * Ptoiai = Σα . rn is de Doppler bin 1 /»«-2 Ptotal J i=«-2 Ptotal i«m-2 1 02 4-8 B4 9 die het maximum bevat, pi is het vermogen en vi is de radiaalsneiheid die correspondeert met Doppler bin i.• σι is given by_ | jb + 2 - + 2 -. m + 2 σι = i Σ - Σ * Ptoiai = Σα. rn is the Doppler bin 1 / »« - 2 Ptotal J i = «- 2 Ptotal i« m-2 1 02 4-8 B4 9 containing the maximum, pi is the power and vi is the radial speed corresponding to Doppler bin i.
• σ2 wordt gegeven door σ2 = 1 Pmax = %p(, Pt0BÜ = jpt, m is de Ρ,οωΐ ‘°m-2• σ2 is given by σ2 = 1 Pmax =% p (, Pt0BÜ = jpt, m is the Ρ, οωΐ ‘° m-2
Doppier bin die het maximum bevat, pi is het vermogen en vi is de 5 radiaalsneiheid die correspondeert met Doppler bin i.Doppier bin that contains the maximum, pi is the power and vi is the radial speed corresponding to Doppler bin i.
• Polarimetrische secundaire kenmerken: Δν en Ar, spectrumbreedtematen.• Polarimetric secondary characteristics: Δν and Ar, spectrum widths.
• Verschil in radiaalsneiheid tussen het primaire kanaal en het secondaire kanaal, Δν (m/s): Δν=vp- vs.• Difference in radial decay between the primary channel and the secondary channel, Δν (m / s): Δν = vp- vs..
10 · Verschil in afstand tussen het primaire kanaal en het secondaire kanaal, Ar (m): Ar = rp-rs.10 · Difference in distance between the primary channel and the secondary channel, Ar (m): Ar = rp-rs.
Secundaire eigenschap Av wordt gebruikt. Wanneer tegenwind en zijwind worden gemeten, overlappen de polarimetrische eigenschappen van 15 zeeclutter de polarimetrische eigenschappen van de meeste kunstmatige objecten voor wat betreft de door P-CFAR (Polarimetrische CFAR) gebruikte eigenschappen. Enkele andere polarimetrische en niet-polarimetrische eigenschappen kunnen worden gebruikt om de detectieprestatie te verhogen. Av kan worden gecombineerd met een van de kenmerken σι en σ2 of Ar om 20 de detectieprestatie verder te verhogen, afhankelijk van het object waar de belangstelling naar uit gaatSecondary property Av is used. When headwind and crosswind are measured, the polarimetric properties of sea clutter overlap the polarimetric properties of most artificial objects with regard to the properties used by P-CFAR (Polarimetric CFAR). Some other polarimetric and non-polarimetric properties can be used to increase the detection performance. Av can be combined with one of the attributes σι and σ2 or Ar to further increase the detection performance, depending on the object of interest
Verstrooiingseigenschappen van elke zend- en elke ontvangpolarisatie kunnen worden ontleend aan de verstrooiingsmatrix S, die 25 als volgt wordt voorgesteld: Ssr® Sflv . in de indexen geeft de eersteScattering properties of each send and receive polarization can be derived from the scattering matrix S, which is represented as follows: Ssr® Sflv. in the indexes gives the first
L^vw JL ^ vw J
letter de ontvangpolarisatie aan en karakteriseert de tweede letter de zendpolarisatie. Deze verstrooiingseigenschappen worden weergegeven in 3D range Doppler signaalsterktebeelden.letter the receive polarization and the second letter characterizes the send polarization. These scattering properties are displayed in 3D range Doppler signal strength images.
30 Het op de polarimetrische eigenschappen binnen de verstrooiingsmatrix gebaseerde algoritme dat wordt toegepast om onderscheid temaken tussen object en dutter is bekend als P-CFAR FS3.The algorithm based on the polarimetric properties within the scattering matrix that is used to distinguish between object and dutter is known as P-CFAR FS3.
Dit algoritme schat de polarimetrische eigenschappen van de dutter uit de 1024654 10 metingen, waarbij niet uitgegaan wordt van specifieke a priori polarimetrische eigenschappen voor objecten. Voor een juiste berekening van de correlatiematrix is het nodig dat genoeg zeeclutterecho’s aanwezig zijn.This algorithm estimates the polarimetric properties of the dutter from the 1024654 measurements, without assuming specific a priori polarimetric properties for objects. For a correct calculation of the correlation matrix, it is necessary that enough sea clutter echoes are present.
5 De correlatie van zeeclutter kan worden beschreven door een 3x3 correlatiematrix Σα. Matrix Σ0 kan worden geschat uit de verstrooiingsmatrix van de cluttermetingen, aangeduid met Sc, volgens I,c = —-—--- waarin N het aantal metingen is en μ« het gemiddelde van de beschikbare kenmerkvectoren van cluttermetingen na 1 o toepassing van het CFAR filter 12.The correlation of sea clutter can be described by a 3x3 correlation matrix Σα. Matrix Σ0 can be estimated from the scattering matrix of the clutter measurements, denoted by Sc, according to I, c = —-—--- where N is the number of measurements and μ «is the average of the available feature vectors of clutter measurements after 1 o application of the CFAR filter 12.
Na bepaling van Σο wordt een scalair berekend voor elke piek volgens Q = (S-mc)hΣ^(£-//J. De scalair Q wordt gebruikt om de kansverhouding HVR te berekenen voor gebruik in het P-CFAR filter FS3.After determining Σο, a scalar is calculated for each peak according to Q = (S-mc) hΣ ^ (£ - // J. The scalar Q is used to calculate the probability ratio HVR for use in the P-CFAR filter FS3.
1515
Wanneer met de wind mee wordt gemeten zijn de polarimetrische eigenschappen van zeeclutter duidelijk te onderscheiden van kunstmatige objecten. Deze polarimetrische eigenschappen worden gebruikt door het P-CFAR filter FS3 om zeeclutter uit het interessante objecten te filteren.When measuring with the wind, the polarimetric properties of sea clutter can be clearly distinguished from artificial objects. These polarimetric properties are used by the P-CFAR filter FS3 to filter sea clutter from the objects of interest.
2020
Wanneer het object duidelijk van de dutter gescheiden is, worden deze hits onmiddellijk toegevoerd aan plotextractiefunctie 20. Na de kenmerkgroepenfilters worden alle overige hits eveneens aan de plotextractiefunctie 20 toegevoerd.When the object is clearly separated from the dutter, these hits are immediately applied to plot extraction function 20. After the feature group filters, all other hits are also applied to plot extraction function 20.
25 * Door de plotextractiefunctie 20 wordt alle benodigde informatie (inclusief de verstrooiingsmatrix) uit het detectieproces gecombineerd tot een bèricht, het zogenaamde plot, dat gezonden wordt naar de volgfunctie 30.* The plot extraction function 20 combines all necessary information (including the scattering matrix) from the detection process into a beta, the so-called plot, which is sent to the tracking function 30.
30 Plots met inbegrip van de complexe verstrooiingsmatrices worden toegevoerd aan de volgfunctie 30. Het volgalgoritme kan worden gebaseerd op het Kalmanfilterproces. In de volger 30, wordt de polarimetrische 1 0 2 4 o ’i 4 11 informatie gebruikt om de volgresultaten te optimaliseren. Deze procedure komt overeen met die van het classificatieproces.Plots including the complex scattering matrices are supplied to the tracking function 30. The tracking algorithm can be based on the Kalman filtering process. In the follower 30, the polarimetric information is used to optimize the tracking results. This procedure corresponds to that of the classification process.
In de classificatiefunctie 40 worden de in de voigbanen inbegrepen 5 verstrooiingsmatrices vergeleken met een objectdatabase 41, die de polarimetrische informatie van gedefinieerde objecten bevat. De beste overeenkomst geeft de meest waarschijnlijke identificatie van de onderzochte volgbaan.In the classification function 40, the scattering matrices included in the voig paths are compared with an object database 41, which contains the polarimetric information of defined objects. The best match gives the most likely identification of the track followed.
1 o Classificatiefunctie 40 gebruikt de polarimetrische en niet- polarimetrische kenmerken opnieuw, vergelijkbaar met de detectieprocedure 10, die eigenlijk een ééncategorie classificatie is tussen zeeclutter en geen zeeclutter. Classificatie is gebaseerd op waarschijnlijkheden. De waarschijnlijkheid, bijvoorbeeld, van de radiaalsnelheid van een object indien 15 gegeven is dat het object tot klasse C behoort, wordt als volgt aangenomen: p(y\ c) = ï ··1 exp- waarbij e{v}c de verwachte waarde vanClassification function 40 re-uses the polarimetric and non-polarimetric characteristics, similar to the detection procedure 10, which is actually a one-category classification between sea clutter and no sea clutter. Classification is based on probabilities. The probability, for example, of the radial velocity of an object if it is given that the object belongs to class C, is assumed as follows: p (y \ c) = ï ·· 1 exp- where e {v} c is the expected value from
4{nacJ 2ac J4 {nacJ 2ac J
v voor klasse C is en σ* de variantie is van de snelheid voor deze bepaalde klasse. Voor elke klasse dienen C, Σς en pc van te voren bekend te zijn.v is for class C and σ * is the variance of the speed for this particular class. C, Σς and PC must be known in advance for each class.
Deze informatie is opgeslagen in een classificatiedatabase 41.This information is stored in a classification database 41.
2020
Meer in het algemeen kunnen dergelijke detectie- en classificatiewerkwijzen gebruikt worden voor het detecteren en/of classificeren van elk willekeurig klein object in een omgeving met veel dutter (op het water: zodiacs, kano's, zwemmers, jachten...; in de lucht: vogels, 25 vliegtuigen, deltavliegers, ballonnen....).More generally, such detection and classification methods can be used to detect and / or classify any small object in an environment with a lot of naps (on the water: zodiacs, canoes, swimmers, yachts ...; in the air: birds, 25 planes, hang gliders, balloons ....).
Deze Doppler polarimetrische detectie en/of classificatiewerkwijzèn kunnen op vele manieren worden toegepast zoals, bijvoorbeeld, in terrein- en luchtruimbewaking, detectie van en beveiliging 30 tegen drijvende objecten of personen, grens- of zonepatrouillering, kustbeveiiiging, zoek- en reddingsoperaties (via de lucht of op zee...), opsporen van .drugkoeriers en hulp bij onderschepping, enz.These Doppler polarimetric detection and / or classification methods can be applied in many ways such as, for example, in terrain and airspace surveillance, detection of and protection against floating objects or persons, border or zone patrolling, coastal protection, search and rescue operations (via the air) or at sea ...), tracing .drug couriers and assistance with interception, etc.
10246541024654
Claims (11)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL1024654A NL1024654C2 (en) | 2003-10-29 | 2003-10-29 | Doppler polarimetric detection and classification methods. |
PCT/EP2004/052534 WO2005052630A2 (en) | 2003-10-29 | 2004-10-14 | Doppler polarimetric detection and classification methods |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL1024654 | 2003-10-29 | ||
NL1024654A NL1024654C2 (en) | 2003-10-29 | 2003-10-29 | Doppler polarimetric detection and classification methods. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL1024654C2 true NL1024654C2 (en) | 2005-05-02 |
Family
ID=34632196
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL1024654A NL1024654C2 (en) | 2003-10-29 | 2003-10-29 | Doppler polarimetric detection and classification methods. |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
NL (1) | NL1024654C2 (en) |
WO (1) | WO2005052630A2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111929654A (en) * | 2020-08-14 | 2020-11-13 | 上海雷骥电子科技有限公司 | Clutter suppression method based on micro Doppler technology |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2500931A (en) * | 2012-04-05 | 2013-10-09 | Selex Galileo Ltd | Radar surveillance system |
AU2013310878C1 (en) | 2012-08-31 | 2017-07-06 | Bostik Sa | Dual action adhesive composition |
GB201319151D0 (en) | 2013-10-30 | 2013-12-25 | Ucl Business Plc | Apparatus and method for performing passive sesing |
WO2018098234A1 (en) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | Massachusetts Institute Of Technology | System and technique for mitigation of clutter in radar |
CN108594190B (en) * | 2018-04-20 | 2021-04-27 | 西安电子科技大学 | Simulation method of high-resolution sea clutter |
EP3938806A4 (en) * | 2019-03-11 | 2022-10-26 | Plato Systems, Inc. | Radar data collection and labeling for machine-learning |
CN113740826B (en) * | 2021-09-14 | 2023-10-17 | 中国人民解放军国防科技大学 | Rotation domain identification method and device of target scattering structure |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4670753A (en) * | 1984-10-01 | 1987-06-02 | The Boeing Company | Method and apparatus for minimum amplitude time history analysis |
DE3907788A1 (en) * | 1989-03-10 | 1990-09-13 | Telefunken Systemtechnik | Radar signal processing method |
US4992797A (en) * | 1984-07-10 | 1991-02-12 | Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Forskningsrad | Method of detection and identification of one or more remote objects |
US5764182A (en) * | 1995-07-07 | 1998-06-09 | Thomson-Csf | Polarimetrical processing detection circuit for radar receiver |
-
2003
- 2003-10-29 NL NL1024654A patent/NL1024654C2/en not_active IP Right Cessation
-
2004
- 2004-10-14 WO PCT/EP2004/052534 patent/WO2005052630A2/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4992797A (en) * | 1984-07-10 | 1991-02-12 | Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Forskningsrad | Method of detection and identification of one or more remote objects |
US4670753A (en) * | 1984-10-01 | 1987-06-02 | The Boeing Company | Method and apparatus for minimum amplitude time history analysis |
DE3907788A1 (en) * | 1989-03-10 | 1990-09-13 | Telefunken Systemtechnik | Radar signal processing method |
US5764182A (en) * | 1995-07-07 | 1998-06-09 | Thomson-Csf | Polarimetrical processing detection circuit for radar receiver |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
SMITH A J E ET AL: "Maritime target and sea clutter measurements with a coherent Doppler polarimetric surveillance radar", 2002, PISCATAWAY, NJ, USA, IEEE, USA, April 2002 (2002-04-01), pages 326 - 330, XP002284668, ISBN: 0-7803-7357-X * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111929654A (en) * | 2020-08-14 | 2020-11-13 | 上海雷骥电子科技有限公司 | Clutter suppression method based on micro Doppler technology |
CN111929654B (en) * | 2020-08-14 | 2024-04-26 | 上海雷骥电子科技有限公司 | Clutter suppression method based on micro Doppler technology |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2005052630A2 (en) | 2005-06-09 |
WO2005052630A3 (en) | 2005-09-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10830874B2 (en) | Method to determine the suitability of a radar target as a positional landmark | |
Vespe et al. | Radar target classification using multiple perspectives | |
Wellig et al. | Radar systems and challenges for C-UAV | |
US8314732B2 (en) | Adaptive radar | |
US6756935B1 (en) | Full polarization ground moving target indicator radar automatic target detection algorithm | |
EP2519834B1 (en) | A system and method for detecting concealed explosives and weapons | |
US10955524B2 (en) | System and technique for mitigation of clutter in radar | |
US8212717B2 (en) | Radar imaging system and method using second moment spatial variance | |
NL1024654C2 (en) | Doppler polarimetric detection and classification methods. | |
Deng et al. | Radar target detection using target features and artificial intelligence | |
Steinhauser et al. | Towards safe autonomous driving: Challenges of pedestrian detection in rain with automotive radar | |
CN109581366B (en) | Discrete sidelobe clutter identification method based on target steering vector mismatch | |
Askari et al. | An automatic approach to ship detection in spaceborne synthetic aperture radar imagery: an assessment of ship detection capability using RADARSAT | |
EP3480624B1 (en) | Detection of parking row orientation | |
Zakharov et al. | Improved detection of icebergs in sea ice with RADARSAT-2 polarimetric data | |
Cerutti-Maori et al. | Ship detection with spaceborne multi-channel SAR/GMTI radars | |
Banda et al. | Polarimetric time-frequency analysis of vessels in Spotlight SAR images | |
Fujihara et al. | Target and ambiguity discrimination using Doppler spectrum from low PRF SAR image | |
Zaumseil et al. | Radar-based near field environment perception using back projection algorithm | |
Renga et al. | Adaptive threshold and sub-look processing in ship detection by SAR | |
Gabban et al. | Ship surveillance with Terrasar-X scansar | |
Cristallini et al. | SAR-GMTI enhanced with simultaneous monostatic and bistatic detections | |
Wicks et al. | A generalized inner product based algorithm for improved detection and discrimination of over resolved targets in MIMO radar | |
Melvin et al. | Adaptive radar: Beyond the RMB rule | |
Klemm | Recognition of convoys with airborne adaptive monopulse radar |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD2B | A search report has been drawn up | ||
VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20080501 |