頻如圖2所示。
[0073] 2.數(shù)據(jù)歸一化：計算輸入數(shù)據(jù)的噪聲功率均值，利用噪聲功率均值對雷達單幀觀 測數(shù)據(jù)進行歸一化。
[0074] 3.動態(tài)規(guī)劃的目標積累：利用DP-TBD動態(tài)規(guī)劃算法，采用連續(xù)6幀數(shù)據(jù)進行目標 積累，若累積觀測數(shù)據(jù)超過設定門限時認為目標存在，同時給出跟蹤軌跡。具體表述為：
[0075] (a) ?初始化：目標初始位置分別為（40, 30)和（70, 30)。
[0076] (b)?遞推：當2彡k彡6時，對所有的狀態(tài)父卩有：
[0077]
[0078] 假設狀態(tài)轉(zhuǎn)移的搜索區(qū)域為5*3,那么Xki表示k時刻的狀態(tài)可能來自k_l時刻 q =15個狀態(tài)。yaxt/dd表示可能轉(zhuǎn)移到狀態(tài)\的15個狀態(tài)Xki中，累積觀測數(shù)據(jù) I(XkJ最大的狀態(tài)即是最有可能轉(zhuǎn)移到狀態(tài)k-1時刻的狀態(tài)。圖3是距離-方位向 的狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖，可以看到，第k幀位置（i，j)的數(shù)據(jù)可能來自第k-1幀位置（i，j)附近 的5*3的區(qū)域，通過在5*3的區(qū)域中計算累積觀測量的最大值，確認當前第k幀的累積觀測 量。圖4是連續(xù)6幀數(shù)據(jù)的積累觀測視頻1(以，1^=1，2，~，6。其中，圖4( &)是第1幀 雷達觀測視頻，可以看到初始化設置的兩個目標分別位于（40, 30)和（70, 30)位置，圖4(b) 是第2幀TBD積累的累積觀測量，它是第1次狀態(tài)轉(zhuǎn)移的結(jié)果，可以看到隨著目標的運動， 視頻中最強的能量集中在（35, 45)和（65, 45)。依次進行下去，得到第6幀累積觀測量。
[0079] 4.基于圖像特征的目標檢測：提取DP-TBD多幀累積觀測數(shù)據(jù)進行形態(tài)濾波。結(jié) 構(gòu)算子SE取值為40X20,圖5 (a)是輸入的累加觀測數(shù)據(jù)I(Xk)，對累加觀測數(shù)據(jù)進行頂帽 變換（Tophat變換）后得到圖5(b)圖像J(Xk)，圖5(c)是目標檢測結(jié)果。
[0080] 5.航跡回溯和濾波：提取DP-TBD算法的最優(yōu)觀測軌跡，實現(xiàn)航跡回溯。對于J(Xk) 超過門限的狀態(tài)Xk，令k= 5,4,3,2, 1，使
[0081]爲 +k=K-l，K_2，...，1 其中，U/c+i)保留的是！_ 最可能自k時 刻哪個狀態(tài)轉(zhuǎn)移而來，將此狀態(tài)作為k時刻目標狀態(tài)的估計。
[0082] 6.航跡關聯(lián)：以第2幀數(shù)據(jù)為起始觀測數(shù)據(jù)，即以第2至第7幀觀測數(shù)據(jù)為連續(xù) 積累觀測數(shù)據(jù)，重復步驟1到步驟5,進行連續(xù)幀數(shù)據(jù)處理。對連續(xù)10幀數(shù)據(jù)處理結(jié)果進行 航跡關聯(lián)，實現(xiàn)目標跟蹤。圖6是目標的航跡示意圖，其中圖6 (a)是6dB的仿真目標的真 值航跡，圖6(b)是本發(fā)明的檢測航跡，可以看到目標1的10幀數(shù)據(jù)全部檢測到，目標2檢 測到9幀數(shù)據(jù)，目標檢測概率達到95%。
[0083] 本發(fā)明在對傳統(tǒng)的基于動態(tài)規(guī)劃的TBD算法分析的基礎上提出了其改進算法，提 出基于圖像特征的雷達弱目標檢測方法，將弱目標的軌跡搜索目標轉(zhuǎn)換為最優(yōu)尋跡問題， 它通過設計一類目標函數(shù)，聯(lián)合處理多幀的觀測數(shù)據(jù)，將目標能量沿著所有可能航跡進行 積累，找出一條使得目標函數(shù)最優(yōu)的狀態(tài)序列作為目標的航跡估計，易于工程實現(xiàn)。本發(fā)明 的基于圖像特征的雷達弱小目標檢測方法，利用目標圖像的距離、方位、速度轉(zhuǎn)移特征，抑 制虛警，目標檢測性能優(yōu)異。
[0084] 以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中 的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種等同變換，這 些等同變換均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于圖像特征的雷達弱目標檢測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： (1) 將雷達觀測目標的單幀觀測數(shù)據(jù)進行濾波處理； (2) 確定起始觀測幀，利用DP-TBD動態(tài)規(guī)劃算法以所述起始觀測幀為起點將所述雷達 觀測目標的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)進行目標積累，直至所觀測的幀數(shù)達到預先設定的連續(xù)積累觀測 幀數(shù)K，獲取并存儲所述雷達觀測目標在所述連續(xù)積累觀測幀數(shù)K內(nèi)每一觀測時刻k的能量 積累I(Xk)和最佳轉(zhuǎn)移狀態(tài)(k)，所述每一觀測時刻k對應一幀觀測數(shù)據(jù)； (3) 對所述連續(xù)積累觀測幀數(shù)K對應時刻的能量積累I(XK)進行形態(tài)濾波，并利用預先 設定的目標判定門限VT判斷所述雷達觀測目標是否存在，獲取目標峰值位置得到所述連續(xù) 積累觀測幀數(shù)K對應時刻的估計狀態(tài); (4) 利用所述連續(xù)積累觀測幀數(shù)K對應時刻的估計狀態(tài)I;和每一觀測時刻k的所述 最佳轉(zhuǎn)移狀態(tài)(#)進行航跡回溯并排除虛假航跡，得到所述雷達觀測目標在每一觀測時 亥ljk的估計狀態(tài)矣。2. 根據(jù)權利要求1所述的基于圖像特征的雷達弱目標檢測方法，其特征在于，步驟（2) 中所述目標積累包括以下步驟： (1) 利用所述雷達觀測目標的坐標位置和速度信息初始化觀測數(shù)據(jù)在第一幀觀測數(shù)據(jù) 的狀態(tài)XJPDP-TBD動態(tài)規(guī)劃算法的初始值，所述第一幀觀測數(shù)據(jù)的狀態(tài)Xi的表達式如下：式中，Ud 是目標初始坐標，（A，丸 > 是目標初始速度； 所沭DP-TBD動杰規(guī)劃筧法的初始值如下：I(Xi)為第一幀觀測數(shù)據(jù)的累積觀測量，zxy⑴為第一幀觀測數(shù)據(jù)在坐標（x，y)位置處 的觀測值，I(Xi)為代價函數(shù)或累積觀測量，(1)為目標在第一幀的最佳轉(zhuǎn)移狀態(tài)； (2) 當2彡k彡K時，第k幀觀測數(shù)據(jù)的狀態(tài)Xk的遞推表達式如下：式中，I(Xk)為觀測數(shù)據(jù)在k時刻的累積觀測量，I(XkJ為觀測數(shù)據(jù)在k-1時刻的累積 觀測量，,:>(々）為目標在第k幀的最佳轉(zhuǎn)移狀態(tài)，zxy(k)表示第k幀觀測數(shù)據(jù)在坐標（x，y) 處的觀測值。3. 根據(jù)權利要求1所述的基于圖像特征的雷達弱目標檢測方法，其特征在于，步驟（3) 中所述獲取目標峰值位置包括以下步驟： (1)提取DP-TBD多幀累積觀測數(shù)據(jù)進行形態(tài)濾波，表達式如下： J(XK) =Tophat[I(XK),SE] 式中，I(XK)表示連續(xù)積累觀測幀數(shù)K對應時刻的累積觀測量，J(XK)表示至第K幀累 積觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過頂帽變換后的雷達數(shù)據(jù)，SE是形態(tài)濾波的結(jié)構(gòu)算子； (2)利用所述目標判定門限^獲取所述連續(xù)積累觀測幀數(shù)K對應時刻的估計狀態(tài)； 之i的表達式如下：4. 根據(jù)權利要求1至3中任意一項所述的基于圖像特征的雷達弱目標檢測方法，其特 征在于，該方法在步驟（1)中對單幀數(shù)據(jù)進行濾波處理后還進行了數(shù)據(jù)歸一化處理。5. 根據(jù)權利要求1至3中任意一項所述的基于圖像特征的雷達弱目標檢測方法，其特 征在于，步驟（1)中所述濾波處理為雙極點濾波，所述雙極點濾波的差分遞推公式為： yn=xnrk2yn2 式中，ynsn時刻經(jīng)過雙極點積累后的輸出信號，Xni為n-1時刻的雷達輸入信號，yni為n-1時刻經(jīng)過雙極點積累后的輸出信號，yn2為n-2時刻經(jīng)過雙極點積累后的輸出信號， kp匕是雙極點積累器的加權系數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于圖像特征的雷達弱目標檢測方法，以雷達回波圖像為研究對象，采用動態(tài)規(guī)劃和圖像特征實現(xiàn)弱小目標檢測。本發(fā)明方法將弱小目標的軌跡搜索轉(zhuǎn)換為基于圖像特征的最優(yōu)尋跡問題，通過構(gòu)建目標函數(shù)，聯(lián)合處理多幀的觀測數(shù)據(jù)，將目標能量沿著所有可能航跡進行積累，找出一條使得目標函數(shù)最優(yōu)的狀態(tài)序列作為目標的航跡估計，易于工程實現(xiàn)；該方法利用目標圖像的圖像特征以及目標的距離、方位、速度轉(zhuǎn)移等特征來抑制虛警，目標檢測性能優(yōu)異。
【IPC分類】G01S7/41
【公開號】CN105022046
【申請?zhí)枴緾N201510465431
【發(fā)明人】鄭堅, 龍超, 王壽峰, 潘江華, 汪洋, 陳凌, 童建文, 潘望, 孫超, 桂祎恂
【申請人】中國電子科技集團公司第二十八研究所
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月31日