雷達(dá)微弱目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤方法研究.pdf

1、如何提高對(duì)低可觀測(cè)目標(biāo)的檢測(cè)能力、延長(zhǎng)對(duì)它們的預(yù)警時(shí)間是現(xiàn)代雷達(dá)面臨的重要挑戰(zhàn)之一。雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)的長(zhǎng)時(shí)間處理技術(shù)是提高雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)性能的一種有效途徑，也是雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)和研究熱點(diǎn)之一，一直得到各國(guó)學(xué)者的高度關(guān)注和廣泛研究。本文主要從長(zhǎng)時(shí)間雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)處理方面展開對(duì)雷達(dá)微弱目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤方法的研究。一方面研究基于粒子濾波的雷達(dá)微弱目標(biāo)檢測(cè)前跟蹤方法，另一方面探索和實(shí)踐適合工程實(shí)現(xiàn)的雷達(dá)信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間積累方法。具體工作概括如

2、下：
　　1.提出了一種基于粒子濾波的雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤方法。該方法首先在雷達(dá)的距離-多普勒頻率二維數(shù)據(jù)上建立雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)模型，然后推導(dǎo)了該模型的似然比函數(shù)，最后采用粒子濾波算法實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)的檢測(cè)和跟蹤。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能實(shí)現(xiàn)對(duì)低信噪比下的雷達(dá)擴(kuò)展目標(biāo)的檢測(cè)和跟蹤。
　　2.提出了一種基于粒子群濾波的雷達(dá)多目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤方法，將多目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)多個(gè)單目標(biāo)的檢測(cè)和跟蹤問(wèn)題。所提方法采用兩種粒子群實(shí)現(xiàn)遞歸

3、的貝葉斯濾波：一類為新生粒子群，用來(lái)引入新出現(xiàn)的目標(biāo)；另一類為跟蹤粒子群，用來(lái)跟蹤上一時(shí)刻存在的目標(biāo)。每個(gè)粒子群僅檢測(cè)和跟蹤一個(gè)目標(biāo)并獨(dú)立地處理自己對(duì)應(yīng)的目標(biāo)。所提方法通過(guò)粒子群以及它們對(duì)應(yīng)的目標(biāo)存在概率來(lái)估計(jì)多目標(biāo)的個(gè)數(shù)和狀態(tài)。另外，還提出一種基于距離信息的概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法以實(shí)現(xiàn)對(duì)臨近目標(biāo)的航跡關(guān)聯(lián)。該方法化繁為簡(jiǎn)，降低了多目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤的復(fù)雜度。實(shí)驗(yàn)表明該方法能較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)多目標(biāo)個(gè)數(shù)和狀態(tài)的估計(jì)，并且具有較高的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)正確率。

4、>　　3.提出一種基于PHD濾波的多目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤方法。所提方法首先根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程和PHD算法中當(dāng)前時(shí)刻的粒子，產(chǎn)生代表連續(xù)多幀觀測(cè)數(shù)據(jù)中的目標(biāo)軌跡的粒子，然后根據(jù)該粒子和目標(biāo)估計(jì)軌跡的相關(guān)系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)粒子和目標(biāo)的關(guān)聯(lián)，最后通過(guò)與目標(biāo)關(guān)聯(lián)的粒子來(lái)估計(jì)目標(biāo)狀態(tài)并同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。由于充分利用了連續(xù)多幀觀測(cè)數(shù)據(jù)中的目標(biāo)軌跡信息，所提方法顯著地提高了數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的正確率和目標(biāo)狀態(tài)的估計(jì)精度，且能實(shí)現(xiàn)對(duì)交叉目標(biāo)或相距較近的目標(biāo)的跟蹤。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5、證明了其有效性。
　　4.Radon-Fourier變換（RFT）是一種根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)位于距離-慢時(shí)間平面中的目標(biāo)軌跡進(jìn)行積分來(lái)積累雷達(dá)目標(biāo)能量的方法，其有效地增加了對(duì)雷達(dá)信號(hào)的相參積累時(shí)間。針對(duì)RFT算法的運(yùn)算量大和未插值時(shí)會(huì)由量化誤差引起能量積累損失這兩個(gè)問(wèn)題，提出一種基于Chirp-Z變換（CZT）的快速RFT方法。該方法在頻域?qū)崿F(xiàn)，并將其實(shí)現(xiàn)過(guò)程和CZT算法結(jié)合在一起，成功地解決了以上問(wèn)題。另外，在不增加運(yùn)算量的前提

6、下，該方法還能通過(guò)補(bǔ)償目標(biāo)的多普勒頻率來(lái)消除匹配濾波損失。針對(duì)近似徑向勻加速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)目標(biāo)，所提方法采用Dechirping方法對(duì)由目標(biāo)運(yùn)動(dòng)引起的二次相位進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)一步延長(zhǎng)了雷達(dá)信號(hào)的有效相參積累時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在理想情況下該方法的目標(biāo)能量積累性能接近理論最優(yōu)值。
　　5.探索和實(shí)踐適合工程應(yīng)用的雷達(dá)信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間積累方法，提出了一種基于幀間移位運(yùn)算的雷達(dá)信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間積累方法，并將其應(yīng)用到實(shí)際工程中，外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了其有效性。通過(guò)

7、對(duì)雷達(dá)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，在所提方法的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)方法。新方法首先通過(guò)幀間移位運(yùn)算將距離-多普勒-時(shí)間三維數(shù)據(jù)空間中的目標(biāo)軌跡校正到垂直于多普勒頻率軸的平面中，然后通過(guò)矩陣重組將校正后的數(shù)據(jù)分解為并列的距離-時(shí)間二維矩陣，最后通過(guò)積累重組的二維矩陣中的近似直線的目標(biāo)軌跡來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)能量的長(zhǎng)時(shí)間積累。該方法采用簡(jiǎn)單的移位和累加運(yùn)算完成，運(yùn)算量小，可在工程應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)?；趯?shí)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能增加雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)的積累時(shí)間，從而