脈沖多普勒雷達目標航跡自動起始方法研究

林曉斌　張承志　謝夢

【摘 要】在復雜雜波背景下，雷達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、有效地發現真實目標，因此現代雷達系統對目標航跡自動起始功能均有較高要求。脈沖多普勒雷達由于能夠實現目標測速，成為復雜雜波環境下目標探測的有效手段。本文研究了脈沖多普勒雷達目標航跡自動起始方法，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，實現真實目標航跡準確、快速起始。

【關鍵詞】雜波背景；多普勒雷達；多普勒速度；航跡起始

中圖分類號： TN958.2 文獻標識碼： 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

復雜背景環境下的雷達目標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信號，從而給目標檢測帶來困難[1]。雜波背景下，雷達畫面中往往存在數以萬計的點跡，即使是熟練的雷達操作員仍無法勝任通過人工方式有效發現真實目標的工作，因此要求現代雷達系統具有目標航跡全自動起始功能，能夠自動發現目標。文獻[2]提出了基于一步延遲思想和多假設思想的航跡起始算法，以解決傳統的基于邏輯的航跡起始方法在雜波密度大和目標數目多時，不利于實時計算的問題。文獻[3]提出了基于啟發式邏輯的概率假設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，以提高計算效率和目標數目的估計精度。脈沖多普勒雷達利用多普勒效應檢測目標信息，能夠精準測量目標速度，在各類領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的目標速度測量信息，設計相應的目標航跡自動起始方法，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，實現真實目標航跡準確、快速起始。

1 脈沖多普勒雷達目標航跡自動起始方法

當雷達存在眾多由雜波引起的虛假點跡時，會嚴重影響真實目標的觀察效果，無法依靠人工錄取目標航跡來進行目標發現，需要雷達軟件系統實現目標航跡的自動起始、自動發現。目標航跡自動起始方法的關鍵技術難點是在提高真實目標航跡發現概率的同時，抑制虛假目標航跡輸出。本文正是針對該技術難點開展目標航跡自動起始方法的研究工作。

1.1 提高真實目標航跡發現概率

將雷達每兩幀（雷達一個掃描周期稱為一幀）之間的點跡，根據最大速度門限建立“點跡對”，形成所有可能的暫時航跡。“點跡對”是指速度門限內相鄰幀的兩個相關點跡，由于發現概率不可能是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，目標只要在連續三幀內被觀測到兩次，就能成功形成暫時航跡。

1.2 抑制虛假目標航跡輸出

在雜波背景強烈時，雷達點跡分布范圍廣、密度大，滿足幀間位置相關的“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，需要采取相應措施及時剔除這些虛假暫時航跡。真實目標運動方向和速度在一段時間內是相關的且穩定的。利用各幀間“點跡對”位置偏移的規律，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的特性就越明顯。根據“點跡對”周圍環境密度、點跡幅度、多普勒特性等條件，在目標被觀測到2～6幀以后就可以起始為航跡進行輸出。目標航跡起始不需要連續發現，如果發現算1，丟點算0，以下觀測序列都能進行航跡起始輸出：11、101、111、1011、1101、10101、1010101、101010101、10101010101等，只要目標暫時航跡不連續丟失2次觀測值，就可以維持直到起始為航跡為止。

在目標形成暫時航跡以后，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點跡的多普勒信息判斷真偽。目標在移動時，其多普勒信息在幀間是相關的。如果“點跡對”中的點跡多普勒信息前后不一致，且位置相關性差，則將該暫時航跡作為虛假暫時航跡進行剔除。

令FD表示多普勒速度，正數VL表示丟棄目標的速度門限，正數VM表示可疑目標的速度門限，正數VH表示可信目標的速度門限，單位均為米/秒。其中，多普勒速度FD有正負之分，正數表示目標向站航行，負數表示目標背站航行；VL

2 試驗效果

采用本文方法自動起始的目標航跡可信度高，雷達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，真實目標能夠自動發現。圖2是本文方法實現的目標航跡自動起始后的跟蹤畫面，真實目標一目了然，表明了本文方法能夠實現復雜背景環境下的真實目標航跡全程全自動起始與發現，大大減輕了雷達操作員的人工干預工作。

3 結論

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

【參考文獻】

[1]曹晨，王小謨.關于雷達雜波性質研究的若干問題[J].現代雷達， 2001，23（5）：1-5.

[2]朱洪艷，韓崇昭，韓紅，等.航跡起始算法研究[J].航空學報，2004，25（3）：284-288.

[3]李坦坦，雷明.基于啟發式邏輯的概率假設密度濾波高效航跡起始方法[J].上海交通大學學報，2018，52（1）：63-69.

[4]徐敏.單脈沖測量雷達測速技術研究[J].現代雷達， 2005， 27（1）：58-61.

[5]陳亞培，李明，左磊.利用插值法提高PD雷達測距測速精度[J].雷達科學與技術，2011，9（5）：447-452.