幀恒虛警目標(biāo)檢測跟蹤一體化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種幀恒虛警目標(biāo)檢測跟蹤一體化方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)目標(biāo)檢測概率較低、目標(biāo)跟蹤距離較短的問題。其實現(xiàn)過程是：1）通過航跡起始算法得到目標(biāo)的初始狀態(tài)估計值和初始狀態(tài)估計協(xié)方差矩陣；2）根據(jù)第k-1幀目標(biāo)狀態(tài)估計值和第k-1幀狀態(tài)估計協(xié)方差矩陣，確定第k幀目標(biāo)預(yù)測波門；3）計算第k幀目標(biāo)預(yù)測波門內(nèi)各個檢測單元的虛警概率和檢測門限；4）對目標(biāo)預(yù)測波門內(nèi)的回波信號進(jìn)行檢測，并估計目標(biāo)參數(shù)，作為第k幀量測數(shù)據(jù)集合；5）對第k幀量測數(shù)據(jù)集合進(jìn)行關(guān)聯(lián)和濾波，得到第k幀目標(biāo)狀態(tài)估計值和第k幀狀態(tài)估計協(xié)方差矩陣。本發(fā)明與現(xiàn)有檢測跟蹤方法相比，提高了目標(biāo)的檢測概率，擴展了目標(biāo)的跟蹤距離。
【專利說明】幀恒虛警目標(biāo)檢測跟蹤一體化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是一種利用目標(biāo)預(yù)測信息調(diào)整目標(biāo)預(yù)測波門內(nèi)各個檢測單元虛警概率的檢測跟蹤方法，可用于雷達(dá)目標(biāo)跟蹤狀態(tài)下提高目標(biāo)檢測概率，擴展目標(biāo)跟蹤距離。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)通常包含兩大模塊，即信號處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。雷達(dá)信號處理模塊作為第一次處理，將檢測到的目標(biāo)信息送入雷達(dá)數(shù)據(jù)處理模塊做進(jìn)一步處理。雷達(dá)數(shù)據(jù)處理模塊在得到目標(biāo)的位置、運動參數(shù)等估計量后進(jìn)行預(yù)測、關(guān)聯(lián)、濾波等操作，從而對雷達(dá)量測過程中的隨機誤差起到一定的抑制作用，使得對目標(biāo)運動信息的估計更加準(zhǔn)確，并形成穩(wěn)定目標(biāo)航跡。
[0003]目標(biāo)檢測是雷達(dá)信號處理模塊的重要環(huán)節(jié)，主要的任務(wù)是對雷達(dá)接收到的回波信號進(jìn)行處理，并判斷目標(biāo)的有無，由于噪聲和干擾的影響，需要采用恒虛警方法來降低誤判的概率，保證雷達(dá)信號檢測具有恒虛警特性，常用的恒虛警檢測算法包括單元平均恒虛警、順序統(tǒng)計量恒虛警、廣義似然比、自適應(yīng)匹配濾波等。
[0004]目標(biāo)跟蹤是基于檢測得到的目標(biāo)位置信息，通過濾波連續(xù)地跟蹤出目標(biāo)的航跡。在目標(biāo)跟蹤算法中，主要有線性自回歸濾波，兩點外推濾波，維納濾波，加權(quán)最小二乘濾波，α-β濾波和卡爾曼濾波等，其中卡爾曼濾波可用于線性時變系統(tǒng)，其變形擴展卡爾曼濾波、轉(zhuǎn)換量測卡爾曼濾波和不敏卡爾曼濾波可用于非線性時變系統(tǒng)，統(tǒng)計模型均采用狀態(tài)方程和量測方程，且濾波方程以遞推的方式計算，計算量小，實用性強，因此在目標(biāo)跟蹤理論中占了主導(dǎo)地位。
[0005]目標(biāo)跟蹤是在目標(biāo)檢測的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，高的檢測性能可以保證目標(biāo)航跡的快速起始，而差的檢測性能可以導(dǎo)致目標(biāo)航跡的結(jié)束，因此目標(biāo)的檢測性能直接影響著目標(biāo)的跟蹤性能。對于傳統(tǒng)的檢測跟蹤處理流程，首先進(jìn)行目標(biāo)檢測并估計目標(biāo)運動參數(shù)，得到量測信息后送入雷達(dá)數(shù)據(jù)處理模塊，再進(jìn)行預(yù)測、關(guān)聯(lián)、濾波等處理，實現(xiàn)對目標(biāo)的檢測和跟蹤。當(dāng)目標(biāo)回波信噪比較低時目標(biāo)檢測概率較低，將會造成目標(biāo)航跡的不連續(xù)性，容易導(dǎo)致航跡過早地結(jié)束，因而目標(biāo)跟蹤距離較短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出了一種幀恒虛警目標(biāo)檢測跟蹤一體化方法，在保證不產(chǎn)生虛假航跡的條件下，調(diào)整目標(biāo)預(yù)測波門內(nèi)各個檢測單元的虛警概率，從而提高跟蹤狀態(tài)下目標(biāo)的檢測概率，擴展目標(biāo)的跟蹤距離。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下技術(shù)步驟:
[0008]I)初始化參數(shù):通過目標(biāo)航跡起始算法,得到目標(biāo)航跡的初始狀態(tài)估計值χ(ι，以及初始狀態(tài)估計協(xié)方差矩陣Pci ;[0009]2 )設(shè)定目標(biāo)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和雷達(dá)量測方程，根據(jù)第k-Ι幀目標(biāo)狀態(tài)估計值K—I，計算第k幀目標(biāo)狀態(tài)預(yù)測值,和第k幀目標(biāo)量測的預(yù)測值S 1
[0010]3)根據(jù)第k-ι幀狀態(tài)估計協(xié)方差矩陣Plri和步驟2)得到的第k幀目標(biāo)狀態(tài)預(yù)測值I1H，計算第k幀目標(biāo)量測的預(yù)測協(xié)方差矩陣Dkllrl ；
[0011]4)根據(jù)步驟2)得到的第k幀目標(biāo)量測的預(yù)測值丨和步驟3)得到的第k幀目標(biāo)量測的預(yù)測協(xié)方差矩陣Dkllrl，確定第k幀目標(biāo)預(yù)測波門Ok ；
[0012]5)設(shè)定在連續(xù)M幀的跟蹤過程中至少N幀的目標(biāo)預(yù)測波門內(nèi)出現(xiàn)虛警的概率PF，則利用下式計算第k幀目標(biāo)預(yù)測波門Ok內(nèi)出現(xiàn)虛警的概率Pz:
【權(quán)利要求】
1.一種幀恒虛警目標(biāo)檢測跟蹤一體化方法，包括如下步驟: 1)初始化參數(shù):通過目標(biāo)航跡起始算法，得到目標(biāo)航跡的初始狀態(tài)估計值X以及初始狀態(tài)估計協(xié)方差矩陣P(| ； 2)設(shè)定目標(biāo)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和雷達(dá)量測方程，根據(jù)第k-Ι幀目標(biāo)狀態(tài)估計值，計算第k幀目標(biāo)狀態(tài)預(yù)測值和第k幀目標(biāo)量測的預(yù)測值A(chǔ) μ ; 3)根據(jù)第k-Ι幀狀態(tài)估計協(xié)方差矩陣Plrl和步驟2)得到的第k幀目標(biāo)狀態(tài)預(yù)測值 ，計算第k幀目標(biāo)量測的預(yù)測協(xié)方差矩陣Dkllri ; 4)根據(jù)步驟2)得到的第k幀目標(biāo)量測的預(yù)測值％,和步驟3)得到的第k幀目標(biāo)量測的預(yù)測協(xié)方差矩陣Dkllrl，確定第k幀目標(biāo)預(yù)測波門Ok ； 5)設(shè)定在連續(xù)M幀的跟蹤過程中至少N幀的目標(biāo)預(yù)測波門內(nèi)出現(xiàn)虛警的概率PF，則利用下式計算第k幀目標(biāo)預(yù)測波門Ok內(nèi)出現(xiàn)虛警的概率Pz:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幀恒虛警目標(biāo)檢測跟蹤一體化方法，其中步驟2)中所述計算第k幀目標(biāo)狀態(tài)預(yù)測值A(chǔ)1U和第k幀目標(biāo)量測的預(yù)測值，按如下步驟進(jìn)行: 2a)設(shè)定目標(biāo)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程為:
Xk — Fk-lXk-l+Vk-l， 其中，Xk表示第k幀目標(biāo)的狀態(tài)，F(xiàn)k^1表示第k-ι幀目標(biāo)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，Xk^1表示第k-Ι幀目標(biāo)的狀態(tài)，Vk^1表示第k-Ι幀的過程噪聲； 2b)設(shè)定雷達(dá)量測方程為: zk 一 hk (xk) +wk, 其中，Zk表示第k幀目標(biāo)的量測值，hk(.)表示第k幀目標(biāo)的量測函數(shù)，Wk表示第k幀的量測噪聲； 2c )根據(jù)第k-Ι幀目標(biāo)狀態(tài)估計值U，計算第k幀目標(biāo)狀態(tài)預(yù)測值=
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幀恒虛警目標(biāo)檢測跟蹤一體化方法，其中步驟3)中所述的計算第k幀目標(biāo)量測的預(yù)測協(xié)方差矩陣，按如下步驟進(jìn)行: 3a)根據(jù)第k幀目標(biāo)狀態(tài)預(yù)測值 ' ,,計算第k幀目標(biāo)量測函數(shù)的雅克比矩陣Hk:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幀恒虛警目標(biāo)檢測跟蹤一體化方法，其中步驟4)所述的確定第k幀目標(biāo)預(yù)測波門0k，按如下步驟進(jìn)行: 4a)設(shè)定目標(biāo)落入第k幀目標(biāo)預(yù)測波門Ok的概率Pe，通過查自由度為目標(biāo)量測維數(shù)的卡方分布表，得到第k幀目標(biāo)預(yù)測波門Ok的門限Y，其中卡方分布表是概率論中卡方分布隨機變量的分布函數(shù)對照表； 4b)根據(jù)步驟4a)得到的第k幀目標(biāo)預(yù)測波門Ok的門限Y，按如下公式確定第k幀目標(biāo)預(yù)測波門Ok:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幀恒虛警目標(biāo)檢測跟蹤一體化方法，其中步驟6)所述的計算第k幀目標(biāo)預(yù)測波門Ok內(nèi)各個檢測單元的虛警概率和檢測門限，按如下步驟進(jìn)行: 6a)設(shè)定雷達(dá)檢波器形式，根據(jù)目標(biāo)檢測算法得到第k幀目標(biāo)預(yù)測波門Ok內(nèi)第i個檢測單元的檢測統(tǒng)計量I (i；k),i = 1，2，…，Nk，其中，Nk表示第k幀目標(biāo)預(yù)測波門Ok內(nèi)檢測單元的個數(shù)； 6b)設(shè)定第k幀目標(biāo)預(yù)測波門Ok內(nèi)第i個檢測單元的檢測統(tǒng)計量的權(quán)值w(i;k)，i =.1，2，...，Nk得到第k幀目標(biāo)預(yù)測波門Ok內(nèi)第i個檢測單元的加權(quán)檢測統(tǒng)計量ξ，(i;k):
ζ ' (i ; k) = w (i ; k) ξ (i ; k), i = 1, 2,.., Nk ； 6c)利用如下方程組計算第k幀目標(biāo)預(yù)測波門Ok內(nèi)各個檢測單元的虛警概率和檢測門限:
【文檔編號】G01S13/66GK103809173SQ201410070414
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】劉宏偉, 周生華, 劉紅亮 申請人:西安電子科技大學(xué)