基于改進Radon變換與多幀聯(lián)合處理的目標(biāo)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于改進Radon變換與多幀聯(lián)合處理的 目標(biāo)檢測方法，可用于雷達低空慢速小目標(biāo)的檢測。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于現(xiàn)代雷達，特別是警戒雷達，近程指示雷達和戰(zhàn)場監(jiān)視雷達，檢測與跟蹤是最 基本的任務(wù)。然而，隨著電子對抗技術(shù)的不斷發(fā)展、新型目標(biāo)的不斷涌現(xiàn)以及更具挑戰(zhàn)性的 目標(biāo)探測任務(wù)也對雷達技術(shù)的發(fā)展提出了更高的要求。對低空慢速弱小目標(biāo)（"低、慢、小" 目標(biāo)）進行有效探測便是新時期雷達所面臨的挑戰(zhàn)之一。
[0003] 低空慢速弱小目標(biāo)具有"受控性好、隱蔽性好、機動性強、攻擊性強"的特點，存在 "偵察難、管控難、打擊難"的問題。目前，防范和處置低空慢速弱小目標(biāo)的干擾破壞，是重大 安?；顒雍头揽兆鲬?zhàn)的世界性難題。
[0004] 目前對低空慢速弱小目標(biāo)的檢測十分困難，主要有以下兩方面的原因。一方面雜 波背景復(fù)雜，由地面、海面以及天氣環(huán)境如云雨等產(chǎn)生的地雜波、海雜波、氣象雜波的能量 一般比回波信號的能量大的多，目標(biāo)往往被噪聲和雜波所淹沒，并且無人機、掠海飛行的導(dǎo) 彈和隱身飛行器等目標(biāo)的RCS非常小，使得目標(biāo)的回波幅度進一步降低，這些目標(biāo)在頻域 上與地雜波的頻譜混在一起，傳統(tǒng)的依靠能量檢測和依靠頻域檢測的方法性能有所下降， 因此單幀回波圖像上幾乎不可能檢測出目標(biāo)，即使檢測出目標(biāo)也常常伴隨著大量的虛假目 標(biāo)，而無法滿足所要求的檢測概率和虛警概率；另一方面，對于低分辨率雷達，由于目標(biāo)運 動速度非常低，目標(biāo)在單幀的時間-距離像中通常不會發(fā)生距離單元走動，目標(biāo)的運動軌 跡與雜波的運動軌跡都表現(xiàn)出一條連續(xù)的直線，使得目標(biāo)和雜波難以分辨。以上兩方面內(nèi) 容使得對低空慢速弱小目標(biāo)的檢測變得極為困難，因此如何根據(jù)雜波特性設(shè)計濾波器抑制 雜波以及消除檢測過程中產(chǎn)生的大量虛假航跡以實現(xiàn)目標(biāo)的有效檢測是本發(fā)明研究的重 點和難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述缺點，本發(fā)明的目的在于提出了一種基于改進Radon變換與多幀聯(lián)合處 理的目標(biāo)檢測方法，以抑制雜波和消除虛假航跡，實現(xiàn)低空慢速弱小目標(biāo)的有效檢測。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0007] -種基于改進Radon變換與多幀聯(lián)合處理的目標(biāo)檢測方法，包括以下步驟：
[0008]步驟1，采用自適應(yīng)動目標(biāo)顯示濾波器對脈壓后的雷達回波數(shù)據(jù)進行雜波抑制，形 成第一時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)SMXJk)，其中M是脈沖數(shù)目，L是距離單元個數(shù)，k表示第 k幀數(shù)據(jù)；
[0009] 步驟2,將經(jīng)過步驟1處理的K幀所述第一時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)SMXJk)進行 合并，形成第二時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)SMK>^，其中，K為總的數(shù)據(jù)幀數(shù)；
[0010] 步驟3,將合并后的所述第二時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)SMK>a進行有序統(tǒng)計恒虛警 處理，得到聯(lián)合時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)；
[0011] 步驟4,將經(jīng)過有序統(tǒng)計恒虛警處理后的所述聯(lián)合時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)沿 時間維進行N倍的二次采樣，得到N幅子圖對應(yīng)的數(shù)據(jù)*^xi(?)，其中，/C' = /V/K//V，n= 1，V..，N;
[0012]步驟5,對所述N幅子圖對應(yīng)的數(shù)據(jù)進行平滑，得到平滑后的子圖對應(yīng)的數(shù)據(jù)f，
[0013] 其中，
[0014] 步驟6,將所述平滑后的子圖對應(yīng)的數(shù)據(jù)歹進行Radon變換，得到Radon變換后的 變換域矩陣R(P，9)，其中，P為極坐標(biāo)下的極徑，9為極坐標(biāo)下的極角；
[0015] 步驟7,設(shè)置幅度門限，從所述變換域矩陣R(P，0)中提取出目標(biāo)所對應(yīng)的峰值 點和雜波所對應(yīng)的峰值點；
[0016] 步驟8,設(shè)置角度偏移量門限，從經(jīng)幅度門限濾除雜波后的變換域矩陣R(P，0 ) 中檢測出目標(biāo)運動軌跡對應(yīng)的峰值點，根據(jù)目標(biāo)運動軌跡對應(yīng)的峰值點的9坐標(biāo)確定目 標(biāo)的運動信息。
[0017] 本發(fā)明技術(shù)方案的特點和進一步的改進為：
[0018] (1)步驟2具體為：
[0019] 將經(jīng)過步驟1處理的K幀所述第一時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)SMXJk)按照時間維 進行順序合并，形成第二時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)SMKXp
[0020] ⑵步驟3具體為：
[0021] 將合并后的所述第二時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)SMK>a按照各個距離單元的數(shù)據(jù)從 小到大進行排序，選取第P個值作為雜波功率門限，再將小于所述雜波功率門限的各個距 離單元的數(shù)據(jù)進行雜波抑制，得到所述聯(lián)合時間_距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
[0022](3)步驟6具體為：
[0023] 將所述平滑處理后的子圖對應(yīng)的數(shù)據(jù)|沿各個離散角度分別進行積分，得到與所 述各個離散角度對應(yīng)的Radon變換值。
[0024](4)步驟7中的幅度門限具體為：
[0025] I\=mean(R(p，9))+Kstd(R(p，9 ))，
[0026] 其中，mean(R(P，0))和std(R(P，0))是R(P，0)的全局均值和標(biāo)準差，K是 修正系數(shù)。
[0027] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點。本發(fā)明由于根據(jù)雜波的統(tǒng)計特性設(shè)計AMTI濾波器，既對單 幀數(shù)據(jù)中的地雜波進行有效抑制，又在最大程度上保留了低空慢速弱小目標(biāo)；同時，采用抗 干擾性能更好的有序統(tǒng)計恒虛警（0S-CFAR)檢測器對多幀時間-距離數(shù)據(jù)進行處理，從而 對剩余雜波進行抑制；此外，本發(fā)明采用二次采樣和平滑處理，增大低速微弱目標(biāo)運動軌跡 在Radon變換域?qū)?yīng)峰值點的0坐標(biāo)相對于中心角度的偏移量的同時也減小了地雜波在 Radon變換域的幅度，從而可以很好地對低速微弱目標(biāo)和雜波進行區(qū)分，進而實現(xiàn)低速微弱 目標(biāo)的有效檢測。
[0028] 實測數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明，本發(fā)明不僅可以檢測出低速微弱目標(biāo)的運動速度，還能 對雷達常規(guī)檢測后結(jié)果剔除航跡，顯示真實的運動軌跡。
【附圖說明】
[0029] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0030] 圖1是本發(fā)明基于改進Radon變換與多幀聯(lián)合處理的目標(biāo)檢測方法流程示意圖；
[0031] 圖2是未進行AMTI處理的回波數(shù)據(jù)結(jié)果示意圖；
[0032] 圖3是經(jīng)過AMTI處理以后的回波數(shù)據(jù)結(jié)果示意圖；
[0033] 圖4是未進行AMTI處理的Radon變換域結(jié)果示意圖；
[0034] 圖5是經(jīng)過AMTI處理以后的Radon變換域結(jié)果示意圖；
[0035] 圖6是用本發(fā)明在抽取因子N= 7時的檢測結(jié)果示意圖；
[0036] 圖7是用本發(fā)明在抽取因子N= 14時的檢測結(jié)果示意圖；
[0037] 圖8是用本發(fā)明在抽取因子N= 28時的檢測結(jié)果示意圖；
[0038] 圖9是用本發(fā)明在抽取因子N= 56時的檢測結(jié)果示意圖；
[0039] 圖10是用傳統(tǒng)方法得到的低速微弱目標(biāo)航跡結(jié)果示意圖；
[0040] 圖11是用本發(fā)明得到的低速微弱目標(biāo)航跡結(jié)果示意圖。
【具體實施方式】
[0041] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0042] 參照圖1，本發(fā)明的具體實施過程如下：
[0043] 步驟1，采用自適應(yīng)動目標(biāo)顯示濾波器對脈壓后的雷達回波數(shù)據(jù)進行雜波抑制，形 成第一時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)SMXJk)。
[0044] 具體的，AMTI(自適應(yīng)動目標(biāo)顯示）濾波器的設(shè)計方法參見圖書：吳順君，梅曉春 等.雷達信號處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008。
[0045] 根據(jù)雜波特性，采用AMTI濾波器，對經(jīng)過脈壓后的回波數(shù)據(jù)進行初步的雜波抑 制，形成單幀的第一時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)SMXJk)，其中M是脈沖數(shù)目，L是距離單元個 數(shù)，k表示第k幀數(shù)據(jù)。
[0046] 步驟2,將經(jīng)過步驟1處理的K幀第一時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)SMXJk)進行合并， 形成第二時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)SMK>^，其中K為總的數(shù)據(jù)幀數(shù)。
[0047] 具體的，將經(jīng)過步驟1處理的K幀第一時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)SMXJk)按照時間 維進行順序合并，得到第二時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)SMKXp
[0048] 步驟3,將合并后的第二時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)SMK>a進行有序統(tǒng)計恒虛警處理， 得到聯(lián)合時間_距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
[0049] 將合并后的第二時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)SMKm進行有序統(tǒng)計恒虛警（0S-CFAR)處 理，得到聯(lián)合時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)。具體的，有序恒虛警處理的方法參見圖書：何友， 關(guān)鍵，彭應(yīng)寧等.雷達自動檢測與恒虛警處理[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999。
[0050] 有序統(tǒng)計恒虛警處理即將參考單元的數(shù)據(jù)從小到大進行排序，選取第p個值作為 雜波功率水平估計來設(shè)置門限，再將檢測單元的數(shù)據(jù)與門限比較進行判決。
[0051] 步驟4,將經(jīng)過有序統(tǒng)計恒虛警處理后的聯(lián)合時間-距離像對應(yīng)的數(shù)據(jù)沿時間維 進行N倍的二次采樣，得到N幅子圖對應(yīng)的數(shù)據(jù)，其中泠=,n= 1，2,…，N。
[0052] 將經(jīng)過有序統(tǒng)計恒虛警（0S-CFAR)處理后的聯(lián)合時間-距離像沿時間維進行N 倍的二次采樣（每隔N-1個脈沖進行一次采樣），得到N幅子圖對應(yīng)的數(shù)據(jù)，其中 ，n= 1，2,…，I
[0053] 由于每一幅子圖都是對聯(lián)合時間-距離像的一次N倍抽取，因此每幅子圖所對應(yīng) 的PRF變?yōu)閒；的1/N。對雷達回波數(shù)據(jù)的時間-距離像進行Radon變換后，目標(biāo)的運動軌 跡在Radon變換域的極角0可以表示為：
> 其中，Ar(Ar=c/2B，c是 光速，B是帶寬）是雷達距離分