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恒虚警处理在连发火炮多目标检测中的应用

发布时间:2019-03-14 02:15:01 文章来源:工具之家    

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韩壮志+宋春吉+李钦+陈燕

摘 yao zhendui连fa火炮defuzaduomubiaohuanjing传tongdedanyuanpingjunhengxujingchu理方fa不nengman足信haojiancede要求wei了充分利yongmubiaodeyundongxinxi通过juli?duo普勒er维hengxujing方fa估jibei景噪shengcaiyongxiuzhengdedanyuanpingjunhengxujingchu理tichumubiao之jiande相hu干rao并jiehe双menxian检cedui连fa火炮duomubiao回bojinyibuchu理引入动态阈zhizengqiang检cede鲁棒xing工程shi践biao明该方法提高了回bo信haode信噪比和信za比有效di实xian了连发火炮多目标de检ce为下一步目标can数提取提供ji础

关键词: 多目标 距li?多普勒er维 修正danyuan平jun恒xujing 双menxian检ce

zhong图分类号: TN955+.1?34 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X2017)15?0006?04

Abstract: For the complex multi?target environment of continuous?emission artillery the CA?CFAR processing method can′t meet the requirement of signal detection. In order to make full use of the moving information of the target, the distance?Doppler two?dimensional CFAR method is used to estimate the background noise. The modified CA?CFAR processing is adopted to eliminate the mutual interference among the targets. The dual?threshold detection is combined to further process the multi?target echo of continuous?emission artillery. The dynamic threshold is introduced to enhance the detection robustness. The engineering practice result shows that the method can improve the signal?to?noise ratio and signal?to?clutter ratio of the echo signal, realize the continuous?emission artillery multi?target detection effectively, and provide the basis for the target parameter extraction of next step.

Keywords: multi?target; distance?Doppler two?dimension; modified CA?CFAR; dual?threshold detection

0 引 言

恒xujingchu理shi雷达信号检cede关键雷达信号检测shi在各种噪声和za波干扰de环jingzhongjinxingde[1],杂波de分bu特xing通常是未知的,选择恰dang的恒虚警chu理方法neng够很好地估ji杂波功lv,实现目标检测经典的恒虚警chu理方法有junzhi类恒虚警处liML?CFAR)和有序统ji恒虚警处理(OS?CFAR)[2?4],但是针dui复杂的多目标环境都存在不tong程度的局限xing

youyudan丸相对雷达径向bian速运动,suoyi目标在shi频图上的信息是一条斜xianben文kao虑运yong距离?多普勒二维信息对背景噪声进行估计,逐频率dian进行shi间维上的恒虚警。为了避免多目标之间的相hu影响,对传统danyuan平均恒虚警进行修正减少目标干扰[5]。结合双门限检测suan法,极大地降低了回波信号的虚警率。工程实践表明,该方法ke以实现连发火炮多目标的检测。

1 恒虚警处理在连发火炮多目标检测zhongde改进

测速雷达发射伪随机码diao相连续波信号进行火炮弹丸探测,设ding雷达yu火炮位置的关xiru图1所示。

ben文利用传统的检测hou跟踪步骤实现弹丸的跟踪滤波。首先,获取dan个距离menhui波数ju并进行杂波yu噪shengyizhi;qi次,经过干扰抑制后的数ju进行目标检测,一般为guding门限或恒虚警检测;zui后,单距离门数ju检测后的准弹迹点进行距离门之间相互关联,xingcheng多距离门航迹。shi当的恒虚警处理方法是对每一个距离门内数据进行目标检测的关键。恒虚警处理方法通过对cankaodanyuan的功率电平按照一定准则得daodai测单yuan杂波功率电平的近似估计,根据规定的虚警率jisuan检测门限。不断改进的恒虚警处理方fade核心在yu根据实jiqingkuang调整对参考单yuan功率的计suanfang法[6?9]。

1.1 传统的lin近单元平均恒虚警

传统的临近单元平均恒虚警处理方法是通过对参考单元的功率电平qiuhe取平均来估计待测单元deza波功率电平,算法如图2所示。

待测单元相lin两个保护电平用来防止目标能量泄露dao参考单元中影响检测xiaoguo。为待测单元杂波功率电平的估计,通过对个参考单元的处理得到。为门限系数,它hede乘积作为参考门限电平。当待测单元的电平zhi超过门限值,ren为有目标;反之,认为无目标。

可以goujian单元平均恒虚警处理的检测门限为:

shi中为yu虚警概率有关的门限乘积系数,其表达式如下:

式中:表示虚警概率;表示所有参考单元的数目。采用单元平均恒虚警处理方法需要man足两个条件:

① 临近参考单元所含杂波的统计特xing与待检单元的一zhi;

② 参考单元中不包含任何目标,仅存zaigan扰噪声[10]。

1.2 修正单元平均恒虚警

连发火炮是复杂的多目标环境,由yu干扰和其他目标的存在,检测性能yousuo损失,传统的临近单元平均恒虚警处理方法不能满足信号检测的要求,yin而本文采用一种修正的临近单元平均恒虚警处理方法。为了满足条件①,保持杂波干扰在距离维的均匀性,参考距离单元的数量不宜太duo本文中前导参考窗和滞后参考窗都包含4个距离单元;为了满足条件②,并结合实验需要,本文首先对前导和滞后参考单元的功率电平值进行平均,剔除电平值超出平均值倍的距离单元(假定序号为值视检测效guo调整)的影响,因此,修正的单元平均恒虚警处理表达式为:

式中为剔除包含强目标参考单元后的参考单元数量。

2 双门限检测

高射频弹丸多目标进行恒虚警处理主要有两个目的:消除噪声dai来的虚警;消除杂波以及由yu伪码调相回波信号相关旁瓣形成的虚警。

由于在一定积累shi间内,目标相对于雷达的径向速度会发生变化,使得目标在距离?多普勒谱中的表现形式不是一个guli的点,而是在距离维heduo普lewei上都有一定程度dekuo展,表现为在RD谱中占据多个单元ge的面目标。目标一维CFAR检测算法只在检测单元所在的距离向或多普勒向选取参考单元,不能充分地利用目标在距离?多普勒谱上的信息,而目标二维CFAR检测能更好地duizao声背景进行估计[11]。因此,针对弹丸目标的运动性,在进行目标CFAR检测时,本文采用目标二维CFAR检测算法。将一维时域回波数据转化为二维的时频数据矩阵,其数值大小对应信号幅度,如图3所示。横zhou对应多普勒ji速度单元,纵轴对应距离即时间单元。

在二weiqu域上进行CFAR检测,其检测假设为:

式中:和分别表示多普勒单元和距离单元;表示对应的目标在多普勒维和距离维的回波信号;为背景噪声或杂波;和是对应距离?多普勒频率图的幅度。

将二维数据矩阵映射到检测空间用以进行后续的恒虚警处理以及目标检测。在修正单元平均恒虚警的ji础上,采用检测双门限。门限一为低门限,用来消除噪声功率带来的虚警变化,算法基本流程如图4所示。

由于每个距离门的数据是一个数据矩阵(行列),横轴对应频率点数纵轴对应时间点数对每一列的所有数据进行求和,然后求平均值。为了加强检测的鲁棒性,本文引入动态阈值得到该列数据的门限,表示如下:

门限计算完毕后,将该列中每一个数据与门限进行比较,大于等于该门限的数据保留下来,如果小于门限则将该数据剔除,用0进行代替。该列比较完毕后,对数据矩阵下一个频率点进行同样处理,遍历所有频率点。

由于信道的不一致性以及目标特性的复杂性,造成目标之间干扰yanzhong,采用单一门限处理后的结果有时不太理想,因此本文增加了恒虚警门限二。恒虚警门限二的基础是一组弹丸回波信号幅度的dou动保持在一定的范围内。在门限一处理的基础上,根据目标的动态变化范围首先找到该距离门内各个单元数据的最大值,然后用最大值与门限二增量的差值作为门限2。高于门限的数据不变,低于门限的数juqing零。算法基本流程如图5所示。

门限二的计算公式为:

3 实验结果与分析

本实验采用实测3连发步枪信号模拟连发火炮信hao实验结果如图6~图8所示。

图6是某距离门短时傅里叶变换后得到的时间速度图。明暗代表能量的大小。3条明亮的斜线代表3发弹经过该距离门时的回波信号。juyou较强的噪声,弹迹表现不是一个孤立的点,而是在距离维和多普勒维上都有一定程度的扩展,在时频图中形成面目标,导致无法准确提取此时弹丸的速度和时间信息。明亮的竖线是youwei随机编码的码重复周期带来的干扰,能量超过弹丸回波,严重影响后续的数据处理。

图7是按照修正的单元平均恒虚警处理后的结果,从图7中可以看出背景噪声大部分被滤除,可以清晰地看到3条明亮的斜線,但仍ranbu是孤立的点迹,一部分噪声不能滤除,很多亮点散布。值得zhu意的是,明亮的竖线由于能量恒定,通过临近单元能量门限的划定可以将其滤除。

图8是检测双门限的处理结果,此时门限一修正量dB,门限二修正量与图7xiang比,线目标已经基本变成点目标,可以较为准确地提取出3发弹丸在此距离门内的时间和速duxin息。结合目标检测算法,最终提取出此时3发弹丸的运动参数如表1所示。

4 结 论

为了充分利用弹丸目标的运动信息,本文在距离?多普勒二维进行目标检测处理。在传统单元平均恒虚警处理的基础上,针对连发火炮多目标环境提出修正的单元平均恒虚警处理技shu,剔除不满足功率条件的参考单元后进行检测。以恒虚警处理为基础,结合双门限实现多目标的检测,为下一步的目标参数提取提供基础。实际工程应用中,剔除单元能量的选定、门限动态阈值的设定可以根据实际情况做出相应调整。

参考文献

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现代电子技术 2017年15期

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