脈沖多普勒雷達(dá)目標(biāo)航跡自動起始方法研究

林曉斌　張承志　謝夢

【摘 要】在復(fù)雜雜波背景下，雷達(dá)探測畫面中往往存在大量虛假點跡，通過人工方式無法及時、有效地發(fā)現(xiàn)真實目標(biāo)，因此現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)對目標(biāo)航跡自動起始功能均有較高要求。脈沖多普勒雷達(dá)由于能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)測速，成為復(fù)雜雜波環(huán)境下目標(biāo)探測的有效手段。本文研究了脈沖多普勒雷達(dá)目標(biāo)航跡自動起始方法，基于“點跡對”運動特性與點跡多普勒速度的比對適配，剔除虛假暫時航跡，實現(xiàn)真實目標(biāo)航跡準(zhǔn)確、快速起始。

【關(guān)鍵詞】雜波背景；多普勒雷達(dá)；多普勒速度；航跡起始

中圖分類號： TN958.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）12-0015-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.005

Research on Target Track Automatic Initiation Method in Pulse Doppler Radar

LIN Xiao-bin1，2 ZHANG Cheng-zhi1，2 XIE Meng1，2

（1.No. 38 Research Institute of CETC， Hefei 230088， China；

2.Key laboratory of Aperture Array and Space Application， Hefei 230088， China）

【Abstract】In the complex clutter background， there are often a lot of false plots in the radar detection screen and the real target cannot be found in time and effectively by manual method. Therefore， the modern radar system has a high requirement for the target track automatic initiation. Pulse Doppler radar is an effective method for target detection in complex clutter environment， because of its ability to achieve target velocity measurement. This paper studies the target track automatic initiation method in pulse Doppler radar. Based on the matching of "plot pair" motion characteristics and the Doppler velocity of the plots， we eliminate the false temporary track and make the real target track to be initialized accurately and quickly.

【Key words】Clutter Background； Pulse Doppler Radar； Doppler Velocity； Track Initiation

0 引言

復(fù)雜背景環(huán)境下的雷達(dá)目標(biāo)檢測過程常常受到雜波信號的影響。雜波類型包括地物雜波、海雜波、氣象雜波以及干擾箔條引起的雜波等，雜波信號強度甚至超過目標(biāo)信號，從而給目標(biāo)檢測帶來困難[1]。雜波背景下，雷達(dá)畫面中往往存在數(shù)以萬計的點跡，即使是熟練的雷達(dá)操作員仍無法勝任通過人工方式有效發(fā)現(xiàn)真實目標(biāo)的工作，因此要求現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)具有目標(biāo)航跡全自動起始功能，能夠自動發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。文獻(xiàn)[2]提出了基于一步延遲思想和多假設(shè)思想的航跡起始算法，以解決傳統(tǒng)的基于邏輯的航跡起始方法在雜波密度大和目標(biāo)數(shù)目多時，不利于實時計算的問題。文獻(xiàn)[3]提出了基于啟發(fā)式邏輯的概率假設(shè)密度濾波高效航跡起始方法，通過多約束條件縮減虛假新生目標(biāo)，以提高計算效率和目標(biāo)數(shù)目的估計精度。脈沖多普勒雷達(dá)利用多普勒效應(yīng)檢測目標(biāo)信息，能夠精準(zhǔn)測量目標(biāo)速度，在各類領(lǐng)域尤其是精密跟蹤和軌道測量中被廣泛采用[4-5]。本文利用脈沖多普勒雷達(dá)的目標(biāo)速度測量信息，設(shè)計相應(yīng)的目標(biāo)航跡自動起始方法，基于“點跡對”運動特性與點跡多普勒速度的比對適配，剔除虛假暫時航跡，實現(xiàn)真實目標(biāo)航跡準(zhǔn)確、快速起始。

1 脈沖多普勒雷達(dá)目標(biāo)航跡自動起始方法

當(dāng)雷達(dá)存在眾多由雜波引起的虛假點跡時，會嚴(yán)重影響真實目標(biāo)的觀察效果，無法依靠人工錄取目標(biāo)航跡來進(jìn)行目標(biāo)發(fā)現(xiàn)，需要雷達(dá)軟件系統(tǒng)實現(xiàn)目標(biāo)航跡的自動起始、自動發(fā)現(xiàn)。目標(biāo)航跡自動起始方法的關(guān)鍵技術(shù)難點是在提高真實目標(biāo)航跡發(fā)現(xiàn)概率的同時，抑制虛假目標(biāo)航跡輸出。本文正是針對該技術(shù)難點開展目標(biāo)航跡自動起始方法的研究工作。

1.1 提高真實目標(biāo)航跡發(fā)現(xiàn)概率

將雷達(dá)每兩幀（雷達(dá)一個掃描周期稱為一幀）之間的點跡，根據(jù)最大速度門限建立“點跡對”，形成所有可能的暫時航跡?！包c跡對”是指速度門限內(nèi)相鄰幀的兩個相關(guān)點跡，由于發(fā)現(xiàn)概率不可能是100%，允許中間丟點，配對成暫時航跡的“點跡對”之間可以間隔一幀。理論上，目標(biāo)只要在連續(xù)三幀內(nèi)被觀測到兩次，就能成功形成暫時航跡。

1.2 抑制虛假目標(biāo)航跡輸出

在雜波背景強烈時，雷達(dá)點跡分布范圍廣、密度大，滿足幀間位置相關(guān)的“點跡對”非常多，初始建立的“點跡對”中必然存在大量虛假暫時航跡，需要采取相應(yīng)措施及時剔除這些虛假暫時航跡。真實目標(biāo)運動方向和速度在一段時間內(nèi)是相關(guān)的且穩(wěn)定的。利用各幀間“點跡對”位置偏移的規(guī)律，剔除“點跡對”移動無序的虛假暫時航跡。積累時間越長，暫時航跡是真實目標(biāo)的特性就越明顯。根據(jù)“點跡對”周圍環(huán)境密度、點跡幅度、多普勒特性等條件，在目標(biāo)被觀測到2～6幀以后就可以起始為航跡進(jìn)行輸出。目標(biāo)航跡起始不需要連續(xù)發(fā)現(xiàn)，如果發(fā)現(xiàn)算1，丟點算0，以下觀測序列都能進(jìn)行航跡起始輸出：11、101、111、1011、1101、10101、1010101、101010101、10101010101等，只要目標(biāo)暫時航跡不連續(xù)丟失2次觀測值，就可以維持直到起始為航跡為止。

在目標(biāo)形成暫時航跡以后，除了利用位置信息剔除虛假暫時航跡外，還可以充分利用目標(biāo)點跡的多普勒信息判斷真?zhèn)?。目?biāo)在移動時，其多普勒信息在幀間是相關(guān)的。如果“點跡對”中的點跡多普勒信息前后不一致，且位置相關(guān)性差，則將該暫時航跡作為虛假暫時航跡進(jìn)行剔除。

令FD表示多普勒速度，正數(shù)VL表示丟棄目標(biāo)的速度門限，正數(shù)VM表示可疑目標(biāo)的速度門限，正數(shù)VH表示可信目標(biāo)的速度門限，單位均為米/秒。其中，多普勒速度FD有正負(fù)之分，正數(shù)表示目標(biāo)向站航行，負(fù)數(shù)表示目標(biāo)背站航行；VL

2 試驗效果

采用本文方法自動起始的目標(biāo)航跡可信度高，雷達(dá)操作員只需查看自動起始的航跡即可，不需要從大量的密集點跡中去人工辨別真假目標(biāo)，真實目標(biāo)能夠自動發(fā)現(xiàn)。圖2是本文方法實現(xiàn)的目標(biāo)航跡自動起始后的跟蹤畫面，真實目標(biāo)一目了然，表明了本文方法能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜背景環(huán)境下的真實目標(biāo)航跡全程全自動起始與發(fā)現(xiàn)，大大減輕了雷達(dá)操作員的人工干預(yù)工作。

3 結(jié)論

本文設(shè)計了脈沖多普勒雷達(dá)目標(biāo)航跡自動起始方法，基于“點跡對”運動特性與點跡多普勒速度的比對適配，過濾掉絕大多數(shù)虛假暫時航跡，并根據(jù)“點跡對”周圍環(huán)境密度、點跡幅度、多普勒特性等綜合條件，實現(xiàn)真實目標(biāo)航跡在積累2～6幀內(nèi)自適應(yīng)自動起始。相應(yīng)的試驗效果表明本文方法能夠有效實現(xiàn)復(fù)雜背景環(huán)境下的目標(biāo)航跡自動起始，具有一定的工程應(yīng)用價值。

【參考文獻(xiàn)】

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