脉冲多普勒雷达目标航迹自动起始方法研究

林晓斌　张承志　谢梦

【摘 要】在复杂杂波背景下，雷达探测画面中往往存在大量虚假点迹，通过人工方式无法及时、有效地发现真实目标，因此现代雷达系统对目标航迹自动起始功能均有较高要求。脉冲多普勒雷达由于能够实现目标测速，成为复杂杂波环境下目标探测的有效手段。本文研究了脉冲多普勒雷达目标航迹自动起始方法，基于“点迹对”运动特性与点迹多普勒速度的比对适配，剔除虚假暂时航迹，实现真实目标航迹准确、快速起始。

【关键词】杂波背景；多普勒雷达；多普勒速度；航迹起始

中图分类号： TN958.2 文献标识码： A 文章编号： 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

復杂背景环境下的雷达目标检测过程常常受到杂波信号的影响。杂波类型包括地物杂波、海杂波、气象杂波以及干扰箔条引起的杂波等，杂波信号强度甚至超过目标信号，从而给目标检测带来困难[1]。杂波背景下，雷达画面中往往存在数以万计的点迹，即使是熟练的雷达操作员仍无法胜任通过人工方式有效发现真实目标的工作，因此要求现代雷达系统具有目标航迹全自动起始功能，能够自动发现目标。文献[2]提出了基于一步延迟思想和多假设思想的航迹起始算法，以解决传统的基于逻辑的航迹起始方法在杂波密度大和目标数目多时，不利于实时计算的问题。文献[3]提出了基于启发式逻辑的概率假设密度滤波高效航迹起始方法，通过多约束条件缩减虚假新生目标，以提高计算效率和目标数目的估计精度。脉冲多普勒雷达利用多普勒效应检测目标信息，能够精准测量目标速度，在各类领域尤其是精密跟踪和轨道测量中被广泛采用[4-5]。本文利用脉冲多普勒雷达的目标速度测量信息，设计相应的目标航迹自动起始方法，基于“点迹对”运动特性与点迹多普勒速度的比对适配，剔除虚假暂时航迹，实现真实目标航迹准确、快速起始。

1 脉冲多普勒雷达目标航迹自动起始方法

当雷达存在众多由杂波引起的虚假点迹时，会严重影响真实目标的观察效果，无法依靠人工录取目标航迹来进行目标发现，需要雷达软件系统实现目标航迹的自动起始、自动发现。目标航迹自动起始方法的关键技术难点是在提高真实目标航迹发现概率的同时，抑制虚假目标航迹输出。本文正是针对该技术难点开展目标航迹自动起始方法的研究工作。

1.1 提高真实目标航迹发现概率

将雷达每两帧（雷达一个扫描周期称为一帧）之间的点迹，根据最大速度门限建立“点迹对”，形成所有可能的暂时航迹。“点迹对”是指速度门限内相邻帧的两个相关点迹，由于发现概率不可能是100%，允许中间丢点，配对成暂时航迹的“点迹对”之间可以间隔一帧。理论上，目标只要在连续三帧内被观测到两次，就能成功形成暂时航迹。

1.2 抑制虚假目标航迹输出

在杂波背景强烈时，雷达点迹分布范围广、密度大，满足帧间位置相关的“点迹对”非常多，初始建立的“点迹对”中必然存在大量虚假暂时航迹，需要采取相应措施及时剔除这些虚假暂时航迹。真实目标运动方向和速度在一段时间内是相关的且稳定的。利用各帧间“点迹对”位置偏移的规律，剔除“点迹对”移动无序的虚假暂时航迹。积累时间越长，暂时航迹是真实目标的特性就越明显。根据“点迹对”周围环境密度、点迹幅度、多普勒特性等条件，在目标被观测到2～6帧以后就可以起始为航迹进行输出。目标航迹起始不需要连续发现，如果发现算1，丢点算0，以下观测序列都能进行航迹起始输出：11、101、111、1011、1101、10101、1010101、101010101、10101010101等，只要目标暂时航迹不连续丢失2次观测值，就可以维持直到起始为航迹为止。

在目标形成暂时航迹以后，除了利用位置信息剔除虚假暂时航迹外，还可以充分利用目标点迹的多普勒信息判断真伪。目标在移动时，其多普勒信息在帧间是相关的。如果“点迹对”中的点迹多普勒信息前后不一致，且位置相关性差，则将该暂时航迹作为虚假暂时航迹进行剔除。

令FD表示多普勒速度，正数VL表示丢弃目标的速度门限，正数VM表示可疑目标的速度門限，正数VH表示可信目标的速度门限，单位均为米/秒。其中，多普勒速度FD有正负之分，正数表示目标向站航行，负数表示目标背站航行；VL

2 试验效果

采用本文方法自动起始的目标航迹可信度高，雷达操作员只需查看自动起始的航迹即可，不需要从大量的密集点迹中去人工辨别真假目标，真实目标能够自动发现。图2是本文方法实现的目标航迹自动起始后的跟踪画面，真实目标一目了然，表明了本文方法能够实现复杂背景环境下的真实目标航迹全程全自动起始与发现，大大减轻了雷达操作员的人工干预工作。

3 结论

本文设计了脉冲多普勒雷达目标航迹自动起始方法，基于“点迹对”运动特性与点迹多普勒速度的比对适配，过滤掉绝大多数虚假暂时航迹，并根据“点迹对”周围环境密度、点迹幅度、多普勒特性等综合条件，实现真实目标航迹在积累2～6帧内自适应自动起始。相应的试验效果表明本文方法能够有效实现复杂背景环境下的目标航迹自动起始，具有一定的工程应用价值。

【参考文献】

[1]曹晨，王小谟.关于雷达杂波性质研究的若干问题[J].现代雷达， 2001，23（5）：1-5.

[2]朱洪艳，韩崇昭，韩红，等.航迹起始算法研究[J].航空学报，2004，25（3）：284-288.

[3]李坦坦，雷明.基于启发式逻辑的概率假设密度滤波高效航迹起始方法[J].上海交通大学学报，2018，52（1）：63-69.

[4]徐敏.单脉冲测量雷达测速技术研究[J].现代雷达， 2005， 27（1）：58-61.

[5]陈亚培，李明，左磊.利用插值法提高PD雷达测距测速精度[J].雷达科学与技术，2011，9（5）：447-452.