CN108181620B - 一种三坐标雷达点迹质量评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种三坐标雷达点迹质量评估方法，按照距离、俯仰和方位的顺序，距离维根据凝聚为当前距离点迹的距离单元个数和幅度统计特性计算距离检测凝聚质量，俯仰维根据凝聚为当前俯仰点迹的距离点迹个数、质量和幅度统计特性计算俯仰检测凝聚质量，方位维根据凝聚为当前点迹的俯仰点迹个数、质量和幅度统计特性计算方位检测凝聚质量，得到最终的三坐标雷达点迹质量。本发明方法在不改变现有数据处理流程的条件下，结合三坐标雷达点迹凝聚处理过程，对凝聚的点迹进行了质量评估，通过点迹质量对真实目标点迹和虚假点迹进行甄别，为虚假点迹剔除提供了参考依据。

Description

一种三坐标雷达点迹质量评估方法

技术领域

本发明属于雷达目标检测技术领域，特别涉及三坐标雷达目标检测与点迹凝聚方法。

背景技术

目标检测跟踪是雷达最基本任务之一，在经过信号处理后，进行检测凝聚点迹提取、航迹起始与跟踪，目标点迹的有效提取是保证后续数据处理性能的重要前提。三坐标雷达点迹提取即是将分布在多个距离单元、俯仰波束和方位波束内的目标回波进行加权凝聚处理，提取目标回波“质心”，得到距离、仰角和方位等多维度信息。在文献《三坐标雷达点迹提取系统的设计》(舰船电子对抗，2010，Vol.33，No.5，pp：78-82)中提出了利用“距离上按峰值搜索、仰角和方位上求质量中心”准则的三坐标雷达点迹提取方法；文献《一种三坐标雷达的点迹凝聚处理方法》(现代导航，2011，Vol.10，No.5，pp：363-366)中提出了利用图像处理技术、峰值法以及质量中心法结合的递归算法；文献《基于质量中心算法的两种点迹凝聚算法》(空军雷达学院学报，2009，Vol.23，No.1，pp：20-22)中对幅度加权凝聚算法和幅度排序凝聚算法性能进行了比较。

现代战场环境日益复杂，低空超低空地海杂波掩护突防、有源干扰掩护突防，使得雷达回波中存在大量的杂波/虚假目标回波，造成虚假点迹数量急剧上升，给雷达数据处理系统目标自动起始和跟踪带来较大挑战。因为点迹提取是按照一定的准则对满足条件的回波数据进行凝聚处理，因此可以在点迹凝聚处理过程中对虚假点迹进行一定的判别或剔除，提高输出点迹的真实度。在文献《一种基于三坐标雷达的点迹凝聚方法》(雷达与对抗，2013，Vol.33，No.4， pp：46-50)中提出了利用多个重复周期积累和统计学提高点迹真实可信度的方法，但文献中并未给出明确的点迹真实度计算方法。

发明内容

本发明针对背景技术存在的缺陷和实际工程应用的迫切需求，基于俯仰电扫/方位机扫或两维电扫的三坐标雷达，提出一种三坐标雷达点迹质量评估方法，在三坐标雷达点迹凝聚处理过程中，同时对凝聚的点迹进行质量评估，具体包括：一、根据凝聚为当前距离点迹的距离单元个数和连续多个距离单元幅度统计特性计算距离检测凝聚质量；二、根据凝聚为当前俯仰点迹的距离点迹个数、质量和幅度统计特性计算俯仰检测凝聚质量；三、根据凝聚为当前点迹的俯仰点迹个数、质量和幅度统计特性计算方位检测凝聚质量；四、多维回波数据速度一致性判定，得到最终的三坐标雷达点迹质量。

步骤一：设点迹质量归一化因子为C_Q，每维度凝聚质量最大值为Q_{max_0}，回波展宽倍数上限为κ_EP，距离检测凝聚质量Q_r根据凝聚为当前距离点迹的过门限回波个数N_{r_plot}和幅度 Amp_i，i＝1，…，N_{r_plot}计算，设雷达一个距离分辨单元内采样单元个数为N_res，如果N_{r_plot}≤N_res，Q_r＝max(0，N_{r_plot}-N_res+1)C_Q，max()为取最大运算；如果N_{r_plot}＞N_res，则对N_{r_plot}个距离单元的幅度进行统计，如果N_{r_plot}个距离单元的幅度满足sinc函数特性，则距离检测凝聚质量为Q_r＝min(Q_{max_0}，N_{r_plot}-N_res+1)C_Q，min()为取最小运算，如果不满足sinc函数特性，则对N_{r_plot}进行判定，如果N_{r_plot}＞κ_EPN_res，Q_r＝0，否则Q_r＝0.5C_Q；

步骤二：计算俯仰检测凝聚质量，设俯仰向天线方向图3dB波宽跨越的俯仰单元个数为 N_Eφ，俯仰检测凝聚质量Q_e根据凝聚为当前俯仰点迹的距离点迹个数N_RanPlot及其质量和幅度计算，如果N_RanPlot≤N_Eφ，Q_e＝max(Q_{r_i})+(N_RanPlot-1)C_Q，i＝1，…，N_RanPlot；如果N_RanPlot＞N_Eφ，则对N_RanPlot个距离点迹的幅度进行统计判断，如果N_RanPlot个距离点迹幅度在俯仰维满足俯仰天线方向图包络特性，则Q_e＝max(Q_{r_i})+min(Q_{max_0}，N_RanPlot)C_Q，如果不满足俯仰天线方向图包络特性，则对距离点迹个数N_RanPlot进行判定，如果N_RanPlot＞κ_EPN_Eφ，则 Q_e＝min(Q_{max_0}，min(Q_{r_i}))，如果N_Eφ＜N_RanPlot≤κ_EPN_Eφ，则Q_e＝min(Q_{max_0}，mean(Q_{r_i}))，mean() 为取平均运算；

步骤三：计算方位检测凝聚质量，设方位向天线方向图3dB波宽跨越的方位单元个数为 N_Aθ，方位检测凝聚质量Q_a根据凝聚为当前点迹的俯仰点迹个数N_ElePlot及其质量和幅度计算，如果N_ElePlot≤N_Aθ，Q_a＝max(Q_{e_i})+(N_ElePlot-N_Aθ)C_Q，i＝1，…，N_ElePlot；如果N_ElePlot＞N_Aθ，则对N_ElePlot个俯仰点迹的幅度进行统计判断，如果N_ElePlot个俯仰点迹幅度在方位维满足方位天线方向图包络特性，则对N_ElePlot个俯仰点迹质量从大到小排序，设第二大的俯仰点迹质量为Q_{e_max_2}，方位检测凝聚质量Q_a＝Q_{e_max_2}+min(Q_{max_0}，N_ElePlot-N_Aθ+1)C_Q，如果不满足，则对俯仰点迹个数N_ElePlot进行判定，如果N_ElePlot＞κ_EPN_Aθ，则Q_a＝min(Q_{max_0}，min(Q_{e_i}))/Q_{max_0}，如果 N_Aθ＜N_ElePlot≤κ_EPN_Aθ，则Q_a＝min(Q_{max_0}，mean(Q_{e_i}))/Q_{max_0}；步骤四：多维回波数据速度一致性判定，设速度一致性判定因子为ρ_v，则三坐标雷达点迹质量为Q_plot＝ρ_vQ_a。

本发明的创新点是在不增加现有处理数据量和计算复杂度的基础上，结合三坐标雷达点迹凝聚处理过程，对凝聚的点迹进行了质量评估，通过点迹质量对真实目标点迹和虚假点迹进行甄别，为虚假点迹剔除提供了有效的参考依据。

附图说明

图1是本发明一种三坐标雷达点迹质量评估方法计算流程图。

图2是本发明具体实施例中采用的实测数据距离检测凝聚结果。

图3是本发明具体实施例中采用的实测数据俯仰检测凝聚结果。

图4是本发明具体实施例中采用的实测数据方位检测凝聚结果。

图5是本发明具体实施例中对实测数据全程全方位点迹凝聚处理结果。

图6是本发明具体实施例中筛选的点迹质量大于等于5的点迹。

图7是本发明具体实施例中筛选的点迹质量小于5的点迹。

图8是本发明具体实施例中统计的17批目标多周期平均点迹质量。

图9是本发明具体实施例中以2km为间隔统计的2-20km杂波点迹平均质量。

具体实施方式

本发明一种三坐标雷达点迹质量评估方法计算流程如图1所示，结合流程图和实施例，对本发明方法的实施方式作具体阐述，过程如下：

步骤一：距离检测凝聚质量计算；

设点迹质量归一化因子为C_Q＝1，每维度凝聚质量最大值为Q_{max_0}＝3，回波展宽倍数上限为κ_EP＝2；设雷达距离分辨力为R_res，单位：米，距离采样单元大小为ΔR，单位：米，一个分辨单元内采样单元个数为

表示向上取整运算，距离检测凝聚质量Q_r根据凝聚为当前距离点迹的连续多个距离采样单元幅度Amp_i，i＝1，…，N_{r_plot}和距离单元个数 N_{r_plot}计算；如果N_{r_plot}≤N_res，Q_r＝max(0，N_{r_plot}-N_res+1)C_Q，max()为取最大运算；如果N_{r_plot}＞N_res，则对N_{r_plot}个距离单元的幅度进行统计，如果N_{r_plot}个距离单元的幅度满足sinc 函数特性，则距离检测凝聚质量为Q_r＝min(Q_{max_0}，N_{r_plot}-N_res+1)C_Q，min()为取最小运算，如果不满足sinc函数特性，则对距离单元个数N_{r_plot}进行判定，如果N_{r_plot}＞2N_res，Q_r＝0，否则Q_r＝0.5C_Q。

以某型三坐标雷达实测数据为例，截取其中一个脉冲数据，过检测门限回波和距离凝聚结果如图2所示，根据距离检测凝聚质量计算过程可得，距离点迹1的质量为2，距离点迹2 的质量为0.5，距离点迹3的质量为3。

步骤二：俯仰检测凝聚质量计算；

距离检测凝聚后，在距离-俯仰二维平面内进行俯仰检测凝聚，同时计算俯仰检测凝聚质量，俯仰检测凝聚质量Q_e根据凝聚为当前俯仰点迹的距离点迹个数N_RanPlot及其质量和幅度计算；设俯仰向天线方向图3dB波宽跨越的俯仰单元个数为N_Eφ，如果N_RanPlot≤N_Eφ，Q_e＝max(Q_{r_i})+(N_RanPlot-1)C_Q，i＝1，…，N_RanPlot；如果N_RanPlot＞N_Eφ，则对N_RanPlot个距离点迹的幅度进行统计判断，如果N_RanPlot个距离点迹幅度在俯仰维满足俯仰天线方向图包络特性，则Q_e＝max(Q_{r_i})+min(Q_{max_0}，N_RanPlot)C_Q，如果不满足俯仰天线方向图包络特性，则对距离点迹个数N_RanPlot进行判定，如果N_RanPlot＞2N_Eφ，则Q_e＝min(Q_{max_0}，min(Q_{r_i}))，如果 N_Eφ＜N_RanPlot≤2N_Eφ，则Q_e＝min(Q_{max_0}，mean(Q_{r_i}))，mean()为取平均运算。

取该组实测数据一个方位波位的距离-俯仰数据进行处理，得到的俯仰检测凝聚结果如图 3所示，根据俯仰检测凝聚质量计算过程可得，俯仰点迹1的质量为2，俯仰点迹2的质量为 1.5，俯仰点迹3的质量为6。

步骤三：方位检测凝聚质量计算。

方位维检测凝聚在距离-俯仰-方位三维中进行，同时计算方位检测凝聚质量，方位检测凝聚质量Q_a根据凝聚为当前点迹的俯仰点迹个数N_ElePlot及其质量和幅度计算；设方位向天线方向图3dB波宽跨越的方位单元个数为N_Aθ，如果N_ElePlot≤N_Aθ， Q_a＝max(Q_{e_i})+(N_ElePlot-N_Aθ)C_Q，i＝1，…，N_ElePlot；如果N_ElePlot＞N_Aθ，则对N_ElePlot个俯仰点迹的幅度进行统计判断，如果N_ElePlot个俯仰点迹幅度在方位维满足方位天线方向图包络特性，则对N_ElePlot个俯仰点迹质量从大到小排序，设第二大的俯仰点迹质量为Q_{e_max_2}，方位检测凝聚质量Q_a＝Q_{e_max_2}+min(Q_{max_0}，N_ElePlot-N_Aθ+1)C_Q，如果不满足，则对俯仰点迹个数N_ElePlot进行判定，如果N_ElePlot＞2N_Aθ，则Q_a＝min(Q_{max_0}，min(Q_{e_i}))/Q_{max_0}，如果N_Aθ＜N_ElePlot≤2N_Aθ，则Q_a＝min(Q_{max_0}，mean(Q_{e_i}))/Q_{max_0}。

对该组实测数据连续5个方位波位数据进行处理，得到的方位检测凝聚结果如图4所示，根据方位检测凝聚质量计算过程可得，方位凝聚后，点迹1的质量为2，点迹2的质量为0.8，点迹3的质量为9。

步骤四：多维回波数据速度一致性判定，根据过门限回波在多普勒滤波处理时的多普勒通道号，对凝聚为一个点迹的多维回波数据进行速度一致性判定，设速度一致性判定因子为ρ_v∈[0，1]，则三坐标雷达点迹质量为Q_plot＝ρ_vQ_a。

本实施例按照上述点迹质量计算方法，对该组三坐标雷达实测数据进行了全程全方位点迹质量评估，一共60个天线周期数据的点迹凝聚结果如图5所示(探测区域内的空目标主要为民航机和直升机)。以点迹质量对点迹进行筛选，点迹质量大于等于5的点迹如图6所示，点迹质量小于5的点迹如图7所示，从图6和图7中可以看出，目标点迹质量大部分都大于 5，杂波点迹质量有高有低，大部分小于5。对图5中标注的17批目标分别进行多周期点迹质量统计平均，如图8所示，对2-20km的杂波点迹以2km为间隔统计平均杂波点迹质量，如图9所示，从图8和图9可以看出，目标平均点迹质量明显高于杂波平均点迹质量，验证了本发明三坐标雷达点迹质量评估方法的有效性，为虚假点迹剔除和杂波区目标跟踪点航迹关联提供了有效的参考信息。

Claims (1)

1.一种三坐标雷达点迹质量评估方法，其特征在于：

步骤一：设点迹质量归一化因子为C_Q，每维度凝聚质量最大值为Q_{max_0}，回波展宽倍数上限为κ_EP，距离检测凝聚质量Q_r根据凝聚为当前距离点迹的过门限回波个数N_{r_plot}和幅度Amp_i,i＝1,…,N_{r_plot}计算，设雷达一个距离分辨单元内采样单元个数为N_res，如果N_{r_plot}≤N_res，Q_r＝max(0,N_{r_plot}-N_res+1)C_Q，max()为取最大运算；如果N_{r_plot}＞N_res，则对N_{r_plot}个距离单元的幅度进行统计，如果N_{r_plot}个距离单元的幅度满足sinc函数特性，则距离检测凝聚质量为Q_r＝min(Q_{max_0},N_{r_plot}-N_res+1)C_Q，min()为取最小运算，如果不满足sinc函数特性，则对N_{r_plot}进行判定，如果N_{r_plot}＞κ_EPN_res，Q_r＝0，否则Q_r＝0.5C_Q；

步骤二：计算俯仰检测凝聚质量，设俯仰向天线方向图3dB波宽跨越的俯仰单元个数为N_Eφ，俯仰检测凝聚质量Q_e根据凝聚为当前俯仰点迹的距离点迹个数N_RanPlot及其质量和幅度计算，如果N_RanPlot≤N_Eφ，Q_e＝max(Q_{r_i})+(N_RanPlot-1)C_Q，i＝1,…,N_RanPlot；如果N_RanPlot＞N_Eφ，则对N_RanPlot个距离点迹的幅度进行统计判断，如果N_RanPlot个距离点迹幅度在俯仰维满足俯仰天线方向图包络特性，则Q_e＝max(Q_{r_i})+min(Q_{max_0},N_RanPlot)C_Q，如果不满足俯仰天线方向图包络特性，则对距离点迹个数N_RanPlot进行判定，如果N_RanPlot＞κ_EPN_Eφ，则Q_e＝min(Q_{max_0}，min(Q_{r_i}))，如果N_Eφ＜N_RanPlot≤κ_EPN_Eφ，则Q_e＝min(Q_{max_0}，mean(Q_{r_i}))，mean()为取平均运算；

步骤三：计算方位检测凝聚质量，设方位向天线方向图3dB波宽跨越的方位单元个数为N_Aθ，方位检测凝聚质量Q_a根据凝聚为当前点迹的俯仰点迹个数N_ElePlot及其质量和幅度计算，如果N_ElePlot≤N_Aθ，Q_a＝max(Q_{e_i})+(N_ElePlot-N_Aθ)C_Q，i＝1,…,N_ElePlot；如果N_ElePlot＞N_Aθ，则对N_ElePlot个俯仰点迹的幅度进行统计判断，如果N_ElePlot个俯仰点迹幅度在方位维满足方位天线方向图包络特性，则对N_ElePlot个俯仰点迹质量从大到小排序，设第二大的俯仰点迹质量为Q_{e_max_2}，方位检测凝聚质量Q_a＝Q_{e_max_2}+min(Q_{max_0},N_ElePlot-N_Aθ+1)C_Q，如果不满足，则对俯仰点迹个数N_ElePlot进行判定，如果N_ElePlot＞κ_EPN_Aθ，则Q_a＝min(Q_{max_0}，min(Q_{e_i}))/Q_{max_0}，如果N_Aθ＜N_ElePlot≤κ_EPN_Aθ，则Q_a＝min(Q_{max_0}，mean(Q_{e_i}))/Q_{max_0}；

步骤四：多维回波数据速度一致性判定，设速度一致性判定因子为ρ_v，则三坐标雷达点迹质量为Q_plot＝ρ_vQ_a。

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