一種快速的動態(tài)規(guī)劃檢測前跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)檢測技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及雷達(dá)系統(tǒng)中微弱目標(biāo)的檢測前跟蹤技 術(shù)。
【背景技術(shù)】：
[0002] 檢測前跟蹤是一種針對微弱目標(biāo)檢測和跟蹤的技術(shù)。與傳統(tǒng)的先檢測后跟蹤不 同，檢測前跟蹤技術(shù)在單帖內(nèi)不宣布檢測結(jié)果，而是通過聯(lián)合處理多帖回波數(shù)據(jù)，并利用目 標(biāo)狀態(tài)在帖間的關(guān)聯(lián)性實(shí)現(xiàn)信號積累和噪聲抑制，從而有效改善微弱目標(biāo)檢測性能。其中， 基于動態(tài)規(guī)劃的檢測前跟蹤方法具有性能優(yōu)異、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于光學(xué)、紅 夕K雷達(dá)等微弱目標(biāo)檢測跟蹤領(lǐng)域。
[0003] 在雷達(dá)領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的動態(tài)規(guī)劃的檢測前跟蹤方法首先需要根據(jù)雷達(dá)的分辨力， 將連續(xù)的狀態(tài)空間均勻量化，然后基于該離散的狀態(tài)空間進(jìn)行動態(tài)規(guī)劃捜索，其算法復(fù)雜 度隨著雷達(dá)監(jiān)視區(qū)域面積和目標(biāo)速度捜索范圍的增大而顯著增高。因此，對于具有維數(shù)高、 數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)的雷達(dá)系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)方法的計(jì)算量往往是雷達(dá)硬件設(shè)備難W承受的。為 了解決該一問題，人們提出了一些基于低口限處理的動態(tài)規(guī)劃檢測前跟蹤方法，通過避免 對一些類似噪聲的低幅度數(shù)據(jù)進(jìn)行積累來減少算法的計(jì)算量，但是該些方法仍難滿足雷達(dá) 實(shí)時性的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種簡單有效、計(jì)算量小、適用于雷達(dá)系統(tǒng)的 微弱目標(biāo)檢測方法。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用了一種快速的動態(tài)規(guī)劃檢測前跟蹤方法，它包 括W下步驟：
[0006] 步驟1、初始化系統(tǒng)參數(shù)：
[0007] 初始化系統(tǒng)參數(shù)包括：雷達(dá)距離分辨力Ar;雷達(dá)方位分辨力Aa;雷達(dá)距離維分 辨單元個數(shù)Nf;雷達(dá)方位維分辨單元個數(shù)N距離維預(yù)處理因子Pt;方位維預(yù)處理因子P。； 目標(biāo)速度上界Vmay;監(jiān)視距離下界rmi。;觀測間隔T;觀測總帖數(shù)K; 口限VT;初始化當(dāng)前帖數(shù) k= 1。
[000引步驟2、量化狀態(tài)空間：
[0009] 步驟2. 1、S, =(。，;\，〇4，本）表示第1^帖對應(yīng)于原始量測的任一量化狀態(tài)，其 中(1，2,…，NJ和akG(1，2,…，N。}分別表示距離維和方位維的位置量化狀態(tài)， 4€{-^,，-^.+1，...，^.}和&4€{-^。，-^。+ 1，...，^"}分別表示距離維和方位維的速度量化狀 態(tài)，「巧。。、/心'1，f^=「18〇7F",J挪;imA。)]，運(yùn)算符H表示向上取整。所有對應(yīng)于原 始量測的量化狀態(tài)Sk組成的集合表示為E。
[0010] 步驟2. 2、Xt二k去表示第k帖對應(yīng)于預(yù)處理后數(shù)據(jù)的任一量化狀態(tài)，其 中/;.G{1，2，...，「]\',7叫}和。,,￡{1.2，...，「 八',7叫}分別表示距離維和方位維的位置量化狀態(tài)， {-Tr，-K+l，...，F(xiàn)r巧咕€ {-+1，...乂 }分別表示距離維和方位維的速度量化狀態(tài)，n二―? 化,…化Ar-I，二―ISO'化,…/仰,,1"氣加)1。所有對應(yīng)于預(yù)處理后數(shù)據(jù)的量化狀態(tài)Xk 組成的集合表示為D。
[0011] 步驟3、從雷達(dá)接收機(jī)中讀取第k帖量測Zk:
[0012] Zk={zk(i，j)，1《i《也1《j《N。}，其中i和j分別為距離維和方位維的位 置量化狀態(tài)，Zk(i，j)表示第k帖回波數(shù)據(jù)的量測單元（i，j)中的量測值，為回波數(shù)據(jù)的幅 度。E中任一量化狀態(tài)Sk都對應(yīng)一個量測值，表示為Z(Sk)。
[0013] 步驟4、第k帖量測數(shù)據(jù)預(yù)處理：
[0014] Z'k=b'k(ij)，1《j《N' " 1《j《N'aKZ'k表示第k帖預(yù)處理后的 數(shù)據(jù)，其中
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種快速的動態(tài)規(guī)劃檢測前跟蹤方法，它包括以下步驟： 步驟1、初始化系統(tǒng)參數(shù)： 初始化系統(tǒng)參數(shù)包括：雷達(dá)距離分辨力ΔΓ;雷達(dá)方位分辨力Aa;雷達(dá)距離維分辨單 元個數(shù)凡;雷達(dá)方位維分辨單元個數(shù)N a;距離維預(yù)處理因子1\;方位維預(yù)處理因子P a;目標(biāo) 速度上界Vmax;監(jiān)視距離下界r min;觀測間隔T ;觀測總幀數(shù)K ;門限V τ;初始化當(dāng)前幀數(shù)k = 1 ; 步驟2、量化狀態(tài)空間： 步驟2. 1、Si =(/1乂，％，〇表示第k幀對應(yīng)于原始量測的任一量化狀態(tài)，其中 rke {1，2,…，N J和ake {1，2,…，Na}分別表示距離維和方位維的位置量化狀態(tài)，
分別表示距離維和方位維的速度量化狀態(tài)，
，運(yùn)算符I ·"].表示向上取整；所有對應(yīng)于原始量 測的量化狀態(tài)Sk組成的集合表示為E ; 步驟2. 2、Xit 表示第k幀對應(yīng)于預(yù)處理后數(shù)據(jù)的任一量化狀態(tài)，其中
?別表示距離維和方位維的位置量化狀態(tài)， 分別表示距離維和方位維的速度量化狀態(tài)，
;所有對應(yīng)于預(yù)處理后數(shù)據(jù)的量化狀態(tài)Xk 組成的集合表示為D ; 步驟3、從雷達(dá)接收機(jī)中讀取第k幀量測Zk: Zk= {z k(i，j)，1彡i彡隊(duì)，1彡j彡Na}，其中i和j分別為距離維和方位維的位置量 化狀態(tài)，zk(i，j)表示第k幀回波數(shù)據(jù)的量測單元（i，j)中的量測值，為回波數(shù)據(jù)的幅度；E 中任一量化狀態(tài)Sk都對應(yīng)一個量測值，表不為Z (s k); 步驟4、第k幀量測數(shù)據(jù)預(yù)處理： Z，k= {V k(i，j)，l彡j彡N，r，l彡j彡N，a}，Z，k表示第k幀預(yù)處理后的數(shù) 據(jù)，其中
表示量測數(shù)據(jù)預(yù)處理后第（i，j)單元中的值，其大小為集 合 MiJ= {(m，n):me {(i-l)Pr+l,…，iPr}，ne {(j-l)Pa+l,…，jPa}}中對應(yīng)原始量測的 最大值，<=「<代]和<=「M ApJ分別表示預(yù)處理后數(shù)據(jù)距離維和方位維分辨單元的 個數(shù)； 步驟5、基于預(yù)處理后數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)規(guī)劃值函數(shù)積累： 若k = 1，對所有狀態(tài)Xke D對應(yīng)的值函數(shù)I (X k)賦初值為^ (xk)； 若2 < k < K，更新所有狀態(tài)xke D對應(yīng)的值函數(shù)
并記錄 狀態(tài)Xk對應(yīng)的上一幀狀態(tài)
其中，τ (Xk)表示第k-Ι幀所有可能轉(zhuǎn) 移到Xk的量化狀態(tài)集合； 步驟6、如果k〈K，令k = k+Ι，返回步驟3 ; 步驟7、如果k = K，恢復(fù)航跡： 利用記錄的幀間狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系，恢復(fù)值函數(shù)最大值所對應(yīng)的航跡，作為估計(jì)的狀態(tài)序 列，表示為^ 其中t表示第k幀的估計(jì)狀態(tài)； 步驟8、基于原始量測和估計(jì)狀態(tài)序列進(jìn)行動態(tài)規(guī)劃值函數(shù)積累： 8. 1、對狀態(tài)L ￡0(七)對應(yīng)的值函數(shù)Ky1)賦初值為z (yi)，其中2(1)表示E中與估 計(jì)狀態(tài)&相關(guān)的量化狀態(tài)組成的集合，即
，對角矩陣P = diag(l/Pr，1/Pr，1/Pa，1/Pa)，運(yùn)算符I卜I 表示向量無窮范數(shù)； 8. 2、令 k = 2 ; 8. 3、若k < K，僅更新狀態(tài)對應(yīng)值函數(shù)
，并記錄狀 態(tài)yk對應(yīng)的上一幀狀態(tài)
其中，τ (yk)表示第k-Ι幀所有可能轉(zhuǎn)移 到y(tǒng)k的量化狀態(tài)集合； 8. 4、如果k〈K，令k = k+Ι，并返回步驟8. 3 ; 步驟9、如果k = K，門限處理與航跡恢復(fù)： 如果值函數(shù)最大值超過門限VT，則認(rèn)為有目標(biāo)存在，并利用記錄的幀間狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系 恢復(fù)對應(yīng)的目標(biāo)航跡；否則，宣布沒有目標(biāo)存在。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于雷達(dá)系統(tǒng)的快速動態(tài)規(guī)劃檢測前跟蹤方法,屬于雷達(dá)目標(biāo)檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及雷達(dá)系統(tǒng)中微弱目標(biāo)的檢測前跟蹤技術(shù)。該方法首先對雷達(dá)的量測進(jìn)行預(yù)處理，使之對應(yīng)于一個量化狀態(tài)更少的離散狀態(tài)空間，并基于預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)規(guī)劃搜索，以較少的計(jì)算量估計(jì)目標(biāo)狀態(tài)序列。然后，該方法利用估計(jì)的結(jié)果，僅對少量相關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行精細(xì)搜索，在確定目標(biāo)準(zhǔn)確位置的同時有效避免了大量無意義的搜索，使計(jì)算量大幅降低。
【IPC分類】G01S13-72, G01S7-41
【公開號】CN104865570
【申請?zhí)枴緾N201510235794
【發(fā)明人】易偉, 方梓成, 王經(jīng)鶴, 李溯琪, 宋海洋, 崔國龍, 孔令講, 楊曉波
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月11日