專利名稱：一種基于航跡檢驗(yàn)的檢測(cè)前跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于航跡檢驗(yàn)的檢測(cè)前跟蹤方法，特別適用于目標(biāo)存在于相對(duì)較強(qiáng)的噪聲或者雜波背景下的情況。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭(zhēng)中，為了給指控系統(tǒng)留出更多的準(zhǔn)備時(shí)間，要求探測(cè)系統(tǒng)能盡早在遠(yuǎn)距離處就發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。只有及時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、跟蹤目標(biāo)和鎖定目標(biāo)，才能有效地實(shí)施攻擊。但是，在低可觀測(cè)目標(biāo)的監(jiān)視處理中，由于傳感器觀測(cè)中目標(biāo)信號(hào)的信噪比低，使得發(fā)現(xiàn)目標(biāo)比較困難。因此，探索和研究弱目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤理論是一項(xiàng)重要的課題，對(duì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)以及未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的格局具有深遠(yuǎn)的意義。對(duì)于弱目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤處理，經(jīng)典的方法是通過(guò)門(mén)限處理后發(fā)送至獨(dú)立的跟蹤濾波器進(jìn)行跟蹤處理，該流程稱之為檢測(cè)后跟蹤(track-after-detect，TAD)。TAD處理對(duì)于弱目標(biāo)的檢測(cè)能力可以通過(guò)降低檢測(cè)門(mén)限或者提高傳感器靈敏度來(lái)加強(qiáng)。這兩種方式都需要處理更多的虛警和無(wú)效回波信號(hào)，若提高檢測(cè)門(mén)限又將造成目標(biāo)漏檢。虛警過(guò)多和目標(biāo)漏檢都將導(dǎo)致跟蹤濾波難以順利進(jìn)行。檢測(cè)前跟蹤(track-before-detect，TBD)是直接采用傳感器原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤方法。TBD摒棄了傳統(tǒng)的單幀檢測(cè)判決的思路，避免門(mén)限處理所造成的信息損失，利用多幀的目標(biāo)信息并進(jìn)行非相參積累，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)與估計(jì)，最后同時(shí)宣布檢測(cè)結(jié)果和目標(biāo)航跡。TBD充分挖掘了數(shù)據(jù)中的有效信息，輔助弱目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤。傳統(tǒng)的TBD方法利用目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信息對(duì)目標(biāo)實(shí)施跟蹤維持，獲取可能的目標(biāo)航跡。目前TBD方法包含窮舉法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法和Hough變換法。這三種方法分別利用不同的航跡搜索方法獲取相應(yīng)的搜索航跡，并沿著這些航跡進(jìn)行非相參積累，選取最大的累積值作為檢測(cè)量。TBD窮舉法(I-TBD)在數(shù)據(jù)幀間窮舉所有可能的航跡，并進(jìn)行能量累加，這種方式不僅計(jì)算數(shù)據(jù)量大，速度慢，而且在低信噪比情況下，檢測(cè)獲取的航跡與真實(shí)航跡相差很大，使得檢測(cè)性能較差。TBD動(dòng)態(tài)規(guī)劃法(DP-TBD)方法根據(jù)先驗(yàn)速度信息和幅度信息進(jìn)行點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)，最終獲取M條搜索航跡，在低信噪比情況下搜索航跡極可能不包含目標(biāo)的真實(shí)航跡，性能分析表明DP-TBD方法的跟蹤性能較差，這也會(huì)影響檢測(cè)性能。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于航跡檢驗(yàn)的檢測(cè)前跟蹤方法，通過(guò)回歸分析的方法篩選航跡，對(duì)篩選出的航跡進(jìn)行能量累積，該方法能夠獲取具有勻加速或勻速運(yùn)動(dòng)特征的軌跡，這種軌跡接近于真實(shí)軌跡，從而改善獲取航跡的準(zhǔn)確性，提高TBD跟蹤性能。本發(fā)明技術(shù)方案所述的一種基于航跡檢驗(yàn)的檢測(cè)前跟蹤方法是通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)的一種基于航跡檢驗(yàn)的檢測(cè)前跟蹤方法，包括
步驟1 設(shè)定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型& = Uk ε T+ffk ；設(shè)雷達(dá)在檢測(cè)前跟蹤TBD過(guò)程中共接收目標(biāo)K個(gè)回波脈沖，脈沖重復(fù)周期為T(mén)r， 假設(shè)每個(gè)脈沖內(nèi)共有M個(gè)采樣點(diǎn)，目標(biāo)位于其中一個(gè)采樣點(diǎn)處；在K個(gè)脈沖周期內(nèi)，每條目標(biāo)航跡由點(diǎn)跡矢量R= [R1, R2...Ι κ]τ表示，&表示目標(biāo)的距離測(cè)量值；目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)ε = [‘％，％]，分別表示目標(biāo)的初始距離、速度和加速度；Uk = [l,kTr, (kTr)2] ；Wk為測(cè)量誤差，
服從高斯分布，即有％ ~ #(0, σ◎；步驟2 雷達(dá)接收目標(biāo)的多幀回波脈沖，在多幀目標(biāo)回波間窮舉所有的航跡，每條航跡采用[R1 (Hi1)，R2 (m2) ...RK (mK) ]τ表示，& (mk)表示航跡上第k個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的目標(biāo)距離測(cè)量值，mk為目標(biāo)在第k個(gè)脈沖中的第m個(gè)采樣點(diǎn)位置；步驟3 根據(jù)回歸分析方法，利用設(shè)定的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型對(duì)各條航跡進(jìn)行航跡檢驗(yàn)， 從所有航跡中篩選出滿足勻速和勻加速運(yùn)動(dòng)的航跡；步驟4 對(duì)通過(guò)航跡檢驗(yàn)的航跡進(jìn)行能量積累；步驟5 選取最大的能量積累值與門(mén)限進(jìn)行比較，得到檢測(cè)結(jié)果。其中，所述步驟3具體包括如下步驟①在設(shè)定的運(yùn)動(dòng)模型下，利用航跡提供的位置信息，根據(jù)極大似然估計(jì)方法，估計(jì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)S =[總 ②利用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)值，對(duì)Y0和進(jìn)行聯(lián)合假設(shè)檢驗(yàn)，聯(lián)合檢驗(yàn)假設(shè)表示為
J ° ，若Htl假設(shè)錯(cuò)誤，則根據(jù)回歸分析，執(zhí)行步驟③；否則，執(zhí)行步驟④；
/Z1 ^， 不全為零③對(duì)Vtl和分別進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)；對(duì)Vtl進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)假設(shè)表示為 H():v(=0H0 :α(=0
J Λ，對(duì)徹進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)假設(shè)表示為 Λ，如果V。和徹的假設(shè)均錯(cuò)誤，則
Iil '.V0 U/I1 'M0 U
認(rèn)為當(dāng)前軌跡為勻加速軌跡；如果Vtl和％的假設(shè)任意一個(gè)均滿足，則執(zhí)行步驟④；④修正目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，即令ε = [R0, V0]以及令ε = [Rtl, aj，針對(duì)每種修正結(jié)果執(zhí)行如下步驟⑤和⑥⑤在設(shè)定的運(yùn)動(dòng)模型下，利用航跡提供的位置信息，根據(jù)極大似然估計(jì)方法，估計(jì)修正后的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)^ = [^,v0]或3 = ，4⑥根據(jù)ε的設(shè)定，分別對(duì)V(l和進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，對(duì)Y0進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)假設(shè) H0--V0=O
表示為Zr Λ，如果假設(shè)錯(cuò)誤，則認(rèn)為當(dāng)前軌跡為勻速軌跡，該航跡進(jìn)入步驟4的能量累
H0 :α(=0
積；對(duì)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)假設(shè)表示為 Λ，如果假設(shè)錯(cuò)誤，則認(rèn)為當(dāng)前軌跡為初
/I1 a0 i=- U
速度為零的勻加速軌跡，該航跡進(jìn)入步驟4的能量累積；⑦如果ε = [R0, v0, a0]、ε = [R0, V0]和ε = [R0, a0]均沒(méi)有通過(guò)假設(shè)檢驗(yàn)，則當(dāng)前航跡不符合篩選條件，不對(duì)其進(jìn)行處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于本發(fā)明所述的基于航跡檢驗(yàn)的檢測(cè)前跟蹤方法，在搜索航跡的基礎(chǔ)上，利用回歸分析的方法，對(duì)搜索航跡進(jìn)行航跡檢驗(yàn)，獲取具有運(yùn)動(dòng)特征的航跡，包括勻加速運(yùn)動(dòng)、勻速運(yùn)動(dòng)，再利用能量積累方法并確定最大的能量積累值為檢測(cè)量。該方法改善了檢測(cè)獲得的航跡的準(zhǔn)確性，同時(shí)提高了檢測(cè)性能。


圖1為本發(fā)明所述的傳統(tǒng)TBD方法的處理流程圖；圖2為本發(fā)明所述的基于航跡檢驗(yàn)的TBD方法處理流程圖；圖3為實(shí)施例中局部的搜索航跡；圖4為實(shí)施例中局部搜索航跡通過(guò)航跡檢驗(yàn)的結(jié)果；圖5為實(shí)施例中各TBD方法的ROC曲線；圖6為實(shí)施例中利用航跡檢驗(yàn)的TBD方法的ROC曲線。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清晰，下面參照附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供了一種基于航跡檢驗(yàn)的檢測(cè)前跟蹤方法，其基本思想是雷達(dá)接收目標(biāo)的多幀回波脈沖，在多幀目標(biāo)回波間窮舉所有的航跡；根據(jù)回歸分析方法，利用設(shè)定的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型對(duì)各條航跡進(jìn)行航跡檢驗(yàn)，從所有航跡中篩選出滿足勻速和勻加速運(yùn)動(dòng)的航跡；對(duì)通過(guò)航跡檢驗(yàn)的航跡進(jìn)行能量積累，然后選取最大的能量積累值與門(mén)限進(jìn)行比較，得到檢測(cè)結(jié)果?？梢?jiàn)，本發(fā)明采用回歸分析法，檢驗(yàn)各條航跡的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將不可能是真實(shí)航跡的搜索航跡排除掉，僅對(duì)可能的真實(shí)航跡進(jìn)行能量積累和門(mén)限比較，從而改善獲取航跡的準(zhǔn)確性。圖2示出本發(fā)明方法的原理圖。參見(jiàn)圖2，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括如下步驟步驟1 設(shè)定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型& = Uk ε T+ffk ；設(shè)雷達(dá)在TBD過(guò)程中共接收目標(biāo)K個(gè)回波脈沖，脈沖重復(fù)周期為 ；，假設(shè)每個(gè)脈沖內(nèi)共有M個(gè)采樣點(diǎn)，目標(biāo)位于其中一個(gè)采樣點(diǎn)處；在K個(gè)脈沖周期內(nèi)，每條目標(biāo)航跡由點(diǎn)跡矢量R = [R1, R2. · · RK]T表示，Xk表示目標(biāo)的距離測(cè)量值；目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)ε = [R0, V(l，a0]， 分別表示目標(biāo)的初始距離、速度和加速度；Uk= [l,kTr, (kTr)2] ；Wk為測(cè)量誤差，服從高斯分
布，即有爐廣二)。步驟2 雷達(dá)接收目標(biāo)的多幀回波脈沖，在多幀目標(biāo)回波間窮舉所有的航跡，每條航跡采用[R1 (Hi1)，R2 (m2) ...RK (mk) ]τ表示，& (mk)表示航跡上第k個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的目標(biāo)距離測(cè)量值，mk為目標(biāo)在第k個(gè)脈沖中的第m個(gè)采樣點(diǎn)位置。步驟3 根據(jù)回歸分析方法，利用設(shè)定的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型對(duì)各條航跡進(jìn)行航跡檢驗(yàn)， 從所有航跡中篩選出滿足勻速和勻加速運(yùn)動(dòng)的航跡。步驟4 對(duì)通過(guò)航跡檢驗(yàn)的航跡進(jìn)行能量積累。步驟5 選取最大的能量積累值與門(mén)限進(jìn)行比較，得到檢測(cè)結(jié)果。其中，所述步驟3具體包括如下步驟①在設(shè)定的運(yùn)動(dòng)模型下，利用航跡提供的位置信息，根據(jù)極大似然估計(jì)方法，估計(jì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)s = L總 ②利用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)值，對(duì)Y0和進(jìn)行聯(lián)合假設(shè)檢驗(yàn)，聯(lián)合檢驗(yàn)假設(shè)表示為
J ° ，若Htl假設(shè)錯(cuò)誤，則根據(jù)回歸分析，執(zhí)行步驟③；否則，執(zhí)行步驟④；
/Z1 ^， 不全為零③對(duì)Vtl和分別進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)；對(duì)Vtl進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)假設(shè)
權(quán)利要求
1. 一種基于航跡檢驗(yàn)的檢測(cè)前跟蹤方法，其特征在于，包括 步驟1 設(shè)定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型& = Uk ε T+ffk ；設(shè)雷達(dá)在檢測(cè)前跟蹤TBD過(guò)程中共接收目標(biāo)K個(gè)回波脈沖，脈沖重復(fù)周期為 ；，假設(shè)每個(gè)脈沖內(nèi)共有M個(gè)采樣點(diǎn)，目標(biāo)位于其中一個(gè)采樣點(diǎn)處；在K個(gè)脈沖周期內(nèi)，每條目標(biāo)航跡由點(diǎn)跡矢量R= [R1, R2... IUt表示，&表示目標(biāo)的距離測(cè)量值；目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)ε = [R。， v0,徹]，分別表示目標(biāo)的初始距離、速度和加速度；Uk= [1，kTr, (kTr)2] ；Wk為測(cè)量誤差，服從高斯分布，即有步驟2 雷達(dá)接收目標(biāo)的多幀回波脈沖，在多幀目標(biāo)回波間窮舉所有的航跡，每條航跡采用[R1Oii1), I 2(m2)...I K(mK)]T表示，Rk (mk)表示航跡上第k個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的目標(biāo)距離測(cè)量值，mk為目標(biāo)在第k個(gè)脈沖中的第m個(gè)采樣點(diǎn)位置；步驟3 根據(jù)回歸分析方法，利用設(shè)定的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型對(duì)各條航跡進(jìn)行航跡檢驗(yàn)，從所有航跡中篩選出滿足勻速和勻加速運(yùn)動(dòng)的航跡； 步驟4 對(duì)通過(guò)航跡檢驗(yàn)的航跡進(jìn)行能量積累； 步驟5 選取最大的能量積累值與門(mén)限進(jìn)行比較，得到檢測(cè)結(jié)果。 其中，所述步驟3具體包括如下步驟①在設(shè)定的運(yùn)動(dòng)模型下，利用航跡提供的位置信息，根據(jù)極大似然估計(jì)方法，估計(jì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)S = [^ο ②利用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)值，對(duì)Vtl和％進(jìn)行聯(lián)合假設(shè)檢驗(yàn)，聯(lián)合檢驗(yàn)假設(shè)表示為 H0 :ν(= a( =OJ ° ，若Htl假設(shè)錯(cuò)誤，則根據(jù)回歸分析，執(zhí)行步驟③；否則，執(zhí)行步驟④；/Z1 ^， 不全為零H0--V0=O③對(duì)％和％分別進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)；對(duì)ν。進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)假設(shè)表示為 Λ，對(duì)H0 :a(= O進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)假設(shè)表示為 Λ，如果Vtl和％的假設(shè)均錯(cuò)誤，則認(rèn)為當(dāng)前軌/I1 a0 i=- U跡為勻加速軌跡；如果Vtl和％的假設(shè)任意一個(gè)均滿足，則執(zhí)行步驟④；④修正目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，即令ε= [R0, V0]以及令ε = [Rtl, aj，針對(duì)每種修正結(jié)果執(zhí)行如下步驟⑤和⑥⑤在設(shè)定的運(yùn)動(dòng)模型下，利用航跡提供的位置信息，根據(jù)極大似然估計(jì)方法，估計(jì)修正后的@標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)S = [Λ,ν0]或3 = ，4⑥根據(jù)ε的設(shè)定，分別對(duì)Vtl和％進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，對(duì)ν。進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)假設(shè)表示 H0--V0=O為J Λ，如果假設(shè)錯(cuò)誤，則認(rèn)為當(dāng)前軌跡為勻速軌跡，該航跡進(jìn)入步驟4的能量累積；H0 :a( =O對(duì)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)假設(shè)表示為 Λ，如果假設(shè)錯(cuò)誤，則認(rèn)為當(dāng)前軌跡為初速/I1 a0 i=- U度為零的勻加速軌跡，該航跡進(jìn)入步驟4的能量累積；⑦如果ε= [R0, v0, a0], ε = [R0, v0]和ε = [R0, a0]均沒(méi)有通過(guò)假設(shè)檢驗(yàn)，則當(dāng)前航跡不符合篩選條件，不對(duì)其進(jìn)行處理。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟①包括利用極大似然估計(jì)得到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)S
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟②所述對(duì)Vtl和進(jìn)行聯(lián)合假設(shè)檢驗(yàn)的步驟包括計(jì)算殘差平方和RSS以及回歸平方和ESS
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于航跡檢驗(yàn)的檢測(cè)前跟蹤方法，雷達(dá)接收目標(biāo)的多幀回波脈沖，在多幀目標(biāo)回波間窮舉所有的航跡；根據(jù)回歸分析方法，利用設(shè)定的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型對(duì)各條航跡進(jìn)行航跡檢驗(yàn)，從所有航跡中篩選出滿足勻速和勻加速運(yùn)動(dòng)的航跡；對(duì)通過(guò)航跡檢驗(yàn)的航跡進(jìn)行能量積累，然后選取最大的能量積累值與門(mén)限進(jìn)行比較，得到檢測(cè)結(jié)果。該方法能夠獲取具有勻加速或勻速運(yùn)動(dòng)特征的軌跡，這種軌跡接近于真實(shí)軌跡，從而改善獲取航跡的準(zhǔn)確性，提高TBD跟蹤性能。
文檔編號(hào)G01S7/41GK102419437SQ201110266850
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者柳樹(shù)林, 毛二可, 陳新亮 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)