一種隱身滑躍式機動目標的多模型橢圓Hough變換積累檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種隱身滑躍式機動目標的多模型橢圓Hough變換積累檢測方法，首先利用Hough變換在三維量測的水平投影面上檢測目標，然后在垂直平面內(nèi)通過橢圓Hough變換實現(xiàn)機動目標的信號積累，針對目標軌跡未知，采用多個橢圓模型加權(quán)融合實現(xiàn)對臨近空間真實軌跡估計，從而實現(xiàn)對臨近空間高超聲速隱身機動目標的檢測與跟蹤。本發(fā)明通過將臨近空間目標三維空間的機動轉(zhuǎn)化為水平面的直線運動和垂直面的沖壓滑躍式運動，利用多個橢圓模型Hough變換交互融合的TBD技術(shù)來實現(xiàn)目標的積累檢測，與普通橢圓Hough變換相比，因為是在較小范圍內(nèi)的子空間搜索，可顯著降低計算量、存儲量和復(fù)雜度，適合工程應(yīng)用。
【專利說明】一種隱身滑躍式機動目標的多模型橢圓Hough變換積累檢測方法
一、【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明隸屬于雷達微弱目標檢測跟蹤領(lǐng)域，適用于解決臨近空間高超聲速滑躍式機動隱身目標的積累檢測問題。
二、【背景技術(shù)】
[0002]臨近空間是指距海平面20~IOOkm的空域，臨近空間高超聲速飛行器具有速度快、機動性好、隱身性強等特點，可在兩小時內(nèi)對全球任一目標進行快速精確打擊。典型代表有美國的X-43、X-51、HTV-2等，附圖2是臨近空間沖壓-滑躍式飛行器典型飛行軌跡示
O
[0003]臨近空間高超聲速飛行器在大氣層內(nèi)以5倍以上音速飛行時，飛行器與大氣強烈作用，在頭部形成弓形激波，在飛行器周圍形成等離子體包覆流場，會使得目標的RCS起伏，在RCS縮減階段 具有較強的隱身性。再加之臨近空間飛行器可能采用先進隱身材料，對飛行器起到了更強的隱身作用，從而降低了雷達發(fā)現(xiàn)臨近空間目標的能力。
[0004]現(xiàn)有的各種機動目標跟蹤技術(shù)基本上是針對高信噪比情況的機動目標跟蹤，很少涉及隱身機動目標的跟蹤，不能滿足臨近空間高機動隱身目標的跟蹤需要。對于探測跟蹤隱身目標，基于Hough變換的TBD(Tracking before detection)技術(shù)是最常用的方法之一，它的基本原理是通過Hough變換，將數(shù)據(jù)空間的一個點變換為參數(shù)空間的一條直線，通過判斷參數(shù)空間的多條直線是否相交于一點，來判斷它們在數(shù)據(jù)空間是否位于一條直線軌跡上，從而實現(xiàn)對隱身目標的積累檢測。傳統(tǒng)的Hough變換主要適用于二維平面上的直線運動目標的信號積累檢測，而臨近空間目標是在三維空間高速滑躍式機動的隱身目標，使得雷達面臨著三維空間的“隱身+高機動”目標積累檢測難題，傳統(tǒng)的Hough變換方法還不能適應(yīng)臨近空間高超聲速高機動目標的積累檢測要求。
三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的問題就是，針對現(xiàn)有Hough變換方法不適用于臨近空間高超聲速機動隱身目標的檢測問題，提供一種隱身滑躍式機動目標的橢圓Hough變換積累檢測方法。考慮到臨近空間高超聲速目標是在某一垂直面內(nèi)作沖壓-滑躍的“打水漂式”機動，在水平面的投影近似為直線，因而，將臨近空間隱身目標的檢測分為水平面投影直線檢測和垂直面內(nèi)的機動軌跡檢測。首先將臨近空間目標三維空間量測向水平面投影，利用Hough變換在投影的水平面上檢測目標，得到包含目標和雜波的某一垂直面內(nèi)雷達量測；然后在該垂直平面內(nèi)將臨近空間目標的每段滑躍式機動軌跡近似為橢圓的一部分，通過橢圓Hough變換實現(xiàn)滑躍式機動目標的信號積累，針對目標軌跡未知，采用多個橢圓模型加權(quán)融合實現(xiàn)對臨近空間真實軌跡估計，從而實現(xiàn)對臨近空間高超聲速隱身機動目標的檢測與跟
足示O
[0006]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題，采用技術(shù)方案步驟如下:[0007](I)將觀測區(qū)域內(nèi)雷達的三維空間量測(包括距離、方位、俯仰、信號能量)信號能量與一個較低門限進行比較，舍棄低于該門限的量測；
[0008](2)將第(I)步中得到的三維空間量測垂直投影到水平面，形成水平面內(nèi)的二維偽量測；
[0009](3)將第(2)步中形成的二維偽量測進行直線Hough變換，檢測出偽量測空間的直線(假設(shè)直線方程為r = xcos ( Θ ) +ysin ( Θ )，其中x和y為變量，r和Θ為已知量，r、Θ分別表示坐標原點到該直線的距離和過坐標原點的該直線垂線與X軸的夾角)，然后找出形成該直線對應(yīng)的三維空間的量測集[Z1,...,ZJ ；
[0010](4)將第(3)步中形成的三維量測[Z1,...,ZJ坐標轉(zhuǎn)換到以第(3)步中檢測出的直線r = xcos ( Θ )+ysin( Θ )為x軸，[Z1,..., Zn]量測中任一點為坐標原點、豎直方向為z軸的x-y-z直角坐標系，得到新的量測集[Z'V J ；
[0011](5)在第(4)步建立的直角坐標系下的X-Z平面內(nèi)利用量測集[Z' λ，…，V J中各個量測的X、Z坐標進行以橢圓圓心為參數(shù)的橢圓Hough變換，在參數(shù)空間進行信號能量積累，將積累能量最高值對應(yīng)的量測[Z" ,,...,I" J認為是可能軌跡；
[0012](6)選取多個橢圓模型重復(fù)第(5)步，并對多個模型橢圓Hough變換檢測的量測點加權(quán)融合作為最終的目標檢測結(jié)果。
[0013]具體的，所述步驟(5)具體為:
[0014]al)將x-z平面內(nèi)的觀測區(qū)域劃分成NXM個分辨單元，并假設(shè)分辨單元長度和寬度均為Ar,區(qū)域中心X坐標分別為B(i), i = 1,2,3,…，N, z坐標分別為C(j)，j = 1,2,
3,...，M，并定義一個 NXM 的矩陣 A(i，j), i = 1,2,3,...，N，j = 1,2,3,...，M，矩陣各元素初始化全為0，用于存放參數(shù)空間的能量積累值；
[0015]a2)假設(shè)橢圓原點坐標[x0, Z0] = [B⑴，C (j)]，使i從I到N變化，j從I到M變化，將第(4)步中得到的所有量測[Z'I'n]中的x、z坐標[xk，zk]逐一帶入下式
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種隱身滑躍式機動目標的多模型橢圓Hough變換積累檢測方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將觀測區(qū)域內(nèi)雷達的三維空間量測(距離、方位、俯仰、信號能量)的信號能量與一個較低門限進行比較，舍棄低于該門限的量測； (2)將第(I)步中得到的三維空間量測垂直投影到水平面，形成水平面內(nèi)的二維偽量測； (3)將第(2)步中形成的二維偽量測進 行直線Hough變換，檢測出偽量測空間的直線(假設(shè)直線方程為r = xcos ( Θ ) +ysin ( Θ ),其中x和y為變量，r和Θ為已知量，r、Θ分別表示原點到該直線的距離和過原點的該直線的垂線與X軸的夾角)，然后找出形成該直線對應(yīng)的三維空間的量測集[Z1,...，Zn]； (4)將第(3)步中形成的三維量測[Z1,...,ZJ坐標轉(zhuǎn)換到以第(3)步中檢測出的直線r = xcos ( Θ )+ysin( Θ )為x軸，[Z1,..., Zn]量測中任一點為坐標原點、豎直方向為z軸的x-y-z直角坐標系，得到新的量測集[Z' 1;...，Z' J ； (5)在第(4)步建立的直角坐標系下的x-z平面內(nèi)利用量測集[Z'X，...，V n]中各個量測的X、z坐標進行以橢圓圓心為參數(shù)的橢圓Hough變換，在參數(shù)空間進行信號能量積累，將積累能量最高值對應(yīng)的量測[Z" ,,...,I" J認為是可能軌跡； (6)選取多個橢圓模型重復(fù)第(5)步，并對多個模型橢圓Hough變換檢測的量測點加權(quán)融合作為最終的目標檢測結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隱身滑躍式機動目標的多模型橢圓Hough變換積累檢測方法，其特征在于，所述步驟(5)具體為: al)將x-z平面內(nèi)的觀測區(qū)域劃分成NXM個分辨單元，并假設(shè)分辨單元長度和寬度均為Ar,區(qū)域中心X坐標分別為B(i), i = 1,2,3,..., N, z坐標分別為C(j)，j = 1,2,.3,...，M，并定義一個 NXM 的矩陣 A(i，j), i = 1,2,3,...，N，j = 1,2,3,...，M，矩陣元素初始化全為0，用于存放參數(shù)空間的能量積累值； a2)假設(shè)橢圓原點坐標[Xtl, Z0] = [B⑴，C (j)]，使i從I到N變化，j從I到M變化，將第(4)步中得到的所有量測[Z' ,,...,...1' Y...,V n]中的x、z坐標[xk，zk]逐一帶入下式
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隱身滑躍式機動目標的多模型橢圓Hough變換積累檢測方法，其特征在于，所述步驟(6)具體為: bl)首先將多個橢圓模型Hough變換后得到的能量積累矩陣Am，m = 1，2，...P (P表示橢圓模型個數(shù)，Am表示第m個橢圓模型對應(yīng)的能量積累矩陣)中能量最大值A(chǔ)m(imax，jmax)與預(yù)定門限E_th進行比較，如果Am (imax，Jfflax)小于預(yù)定門限，則由該橢圓模型Hough變換檢測出來的量測不再參與余下的步驟； b2)將bl)步后剩余的橢圓模型檢測出來的點跡按照時標進行集中，并利用下式
【文檔編號】G01S13/66GK103954949SQ201410163729
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】王國宏, 吳巍, 于洪波, 張翔宇, 孫殿星, 譚順成, 姜輝 申請人:中國人民解放軍海軍航空工程學(xué)院