一種基于Hough變換的弱目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于化U曲變換的弱目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡 提取方法，特別設(shè)及到噪聲背景中弱目標(biāo)的一維運(yùn)動(dòng)軌跡的提取。
【背景技術(shù)】
[0002] 噪聲背景下的弱目標(biāo)檢測(cè)及跟蹤是雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)目標(biāo)回波比較微弱 時(shí)，為了提高檢測(cè)概率，一般將口限設(shè)置的比較低，經(jīng)過(guò)口限處理后，導(dǎo)致大量虛假目標(biāo)的 出現(xiàn)，因此如何有效探測(cè)弱目標(biāo)并提取目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。
[0003] 對(duì)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，一般采用序列圖像處理方法來(lái)提取目標(biāo)的一維運(yùn)動(dòng)軌跡，其中應(yīng) 用最廣泛的是化U曲變換?；疷曲變換根據(jù)點(diǎn)-線對(duì)偶性，把圖像空間的點(diǎn)映射到參數(shù)空 間，在參數(shù)空間里通過(guò)積累形成峰值來(lái)進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，具有抗干擾性強(qiáng)、對(duì)局部缺損不敏感 的優(yōu)點(diǎn)；但由于化U曲變換是一種批處理方法，在對(duì)時(shí)間和距離單元進(jìn)行處理時(shí)，存在計(jì)算 量大和存儲(chǔ)量大的缺點(diǎn)。
[0004]針對(duì)化U曲變換的缺點(diǎn)，Xu等人提出了隨機(jī)化U曲變換（RHT)，見(jiàn)文獻(xiàn)"XuLOje E,KultanenP.RandomizedHoughtransform(RHT):basicmechanisms,algorithms,and computationalcomplexities.CVGIP:ImageUnderstanding, 1993, 57(2):131-154"。RHT 采用隨機(jī)抽樣、收斂映射和動(dòng)態(tài)鏈接表機(jī)制，將圖像中的兩個(gè)點(diǎn)唯一對(duì)應(yīng)為參數(shù)空間的一 個(gè)點(diǎn)，避免了傳統(tǒng)化U曲變換中一對(duì)多的映射，有效降低了計(jì)算量和存儲(chǔ)量。在處理弱目標(biāo) 的回波圖像時(shí)，目標(biāo)有效回波所占比例較低，由于RHT采用全局采樣，引入了大量無(wú)效采樣 和無(wú)效積累，仍然存在時(shí)間復(fù)雜度較高的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)0化]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)傳統(tǒng)化U曲變換和RHT在檢測(cè)弱目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡 中的不足，提供一種基于化U曲變換的弱目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡提取方法，將目標(biāo)的檢測(cè)分為初始 階段和跟蹤階段，在保證跟蹤精度的同時(shí)有效降低計(jì)算量和存儲(chǔ)量。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] 一種基于化U曲變換的弱目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡提取方法，包括W下步驟：
[0008] 1)對(duì)于目標(biāo)一維回波數(shù)據(jù)，確定初始階段處理數(shù)據(jù)的時(shí)間口和距離Π，時(shí)間口選 取從觀測(cè)起始時(shí)刻開(kāi)始的N個(gè)觀測(cè)時(shí)刻，即N帖回波數(shù)據(jù)，距離口為每帖數(shù)據(jù)內(nèi)所有Μ個(gè)距 離單元，由此構(gòu)造二維數(shù)組Β(i，j)，1《i《Μ，1《j《Ν;
[0009] 。選取目標(biāo)在參數(shù)空間中對(duì)應(yīng)的角度θ滿足〇《θ<3!，對(duì)B(iJ)進(jìn)行化u曲 變換，得到目標(biāo)的初始距離估計(jì)值sO和速度估計(jì)值vO;
[0010] ：3)設(shè)定k=l;
[0011] 4)根據(jù)初始距離估計(jì)值sO和速度估計(jì)值vO確定跟蹤階段N+k時(shí)刻（跟蹤階段起 始時(shí)刻）的時(shí)間口tg和距離口dg，由此得到一個(gè)回波數(shù)組C(i，j)，iedg，jetg;
[0012] 5)根據(jù)速度估計(jì)值vO粗略估計(jì)目標(biāo)速度范圍，并結(jié)合目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向、距離單元和 時(shí)間單元確定化u曲變換中的角度口 0g，對(duì)步驟4)中得到的回波數(shù)組C(i，j)進(jìn)行化u曲 變換，得到N+k時(shí)刻的目標(biāo)距離S和目標(biāo)速度V，此時(shí)角度ΘeΘg; 陽(yáng)01引 6)由步驟5)中得到的N+k時(shí)刻的目標(biāo)距離S和目標(biāo)速度V，將觀測(cè)時(shí)刻不斷向后 推移，即設(shè)定k=k+1，其中，2《k《tn-N，tn為總的觀測(cè)時(shí)刻單元數(shù)目，重復(fù)步驟4)和 5)，計(jì)算下一觀測(cè)時(shí)刻的時(shí)間口和距離Π，得到不同觀測(cè)時(shí)刻實(shí)時(shí)更新的目標(biāo)距離S和目 標(biāo)速度V，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的提取。
[0014] 進(jìn)一步，所述步驟1)中，在一個(gè)觀測(cè)時(shí)刻，接收到的一帖回波數(shù)據(jù)為所有距離單 元的回波信號(hào)經(jīng)過(guò)口限闊值處理后的判決值，即每個(gè)觀測(cè)時(shí)刻的回波數(shù)據(jù)為（〇，1)序列， 對(duì)應(yīng)不同距離單元是否存在目標(biāo)，0代表不存在目標(biāo)，1代表存在目標(biāo)。
[0015] 進(jìn)一步，所述步驟5)中對(duì)回波數(shù)組C(i，j)進(jìn)行化U曲變換時(shí)，只將回波數(shù)據(jù)中值 為1的單元映射到參數(shù)空間。
[0016] 進(jìn)一步，所述步驟4)中跟蹤階段的時(shí)間口tg的選取固定為從當(dāng)前觀測(cè)時(shí)刻開(kāi)始 的tk個(gè)時(shí)間單元，tk為跟蹤階段每個(gè)時(shí)間口內(nèi)包含的時(shí)間單元數(shù)目。
[0017] 進(jìn)一步，所述步驟4)中跟蹤階段距離口dg的選取由觀測(cè)時(shí)刻決定，分別如下： 陽(yáng)0化]U對(duì)于N+1時(shí)刻，距離口范圍估計(jì)值為：
[001
:.(1. >
[0020] 式（1)中，c(l)為N+1時(shí)刻距離口起始值，At為觀測(cè)時(shí)間單元間隔，"±"的符號(hào) 選取由步驟2)中目標(biāo)在參數(shù)空間中對(duì)應(yīng)角度Θ的大小確定：
[0021] 當(dāng)〇《θ<π/2時(shí)，式（1)中"±"取"一"，表示目標(biāo)靠近觀測(cè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)； 陽(yáng)02引 當(dāng)31 /2《Θ< 31時(shí)，式（1)中"± "取" + "，表示目標(biāo)遠(yuǎn)離觀測(cè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)； 陽(yáng)02引 U)對(duì)于N+k時(shí)刻，其中，2《k《tn-N-tk+1，距離口范圍估計(jì)值為：
[0024]
(2)
[002引式似中，C似為N+k時(shí)刻距離口起始值，s(k-l)為上一時(shí)刻估計(jì)出的目標(biāo)距離，v(k-l)為上一時(shí)刻估計(jì)出的目標(biāo)速度，"±"的符號(hào)選取與步驟i)中相同；
[0026]iU)對(duì)于N+k時(shí)亥ij，其中，tn-N-tk巧《k《tn-N(由于時(shí)間口小于tk,此時(shí)不再 計(jì)算距離口，也不再進(jìn)行化U曲變換），目標(biāo)距離估計(jì)值為：
[0027] S化）=S(tg_end) ±V(tg_end) * 化-tg_end) *Δt(3)
[002引式（3)中"± "的符號(hào)選取與步驟U中相同；
[0029] 速度估計(jì)值為：
[0030] V化）=V(tg_end) (4) 陽(yáng)03U 式做和式（4)中，tg_end=tn-N-tk+1，為時(shí)間口終止時(shí)刻的時(shí)刻序號(hào)。
[0032] 進(jìn)一步，所述步驟5)中跟蹤階段角度口Θ g的選取由目標(biāo)速度范圍、運(yùn)動(dòng)方向、距 離單元和時(shí)間單元共同決定，分別如下： 陽(yáng)03引 U當(dāng)目標(biāo)靠近觀測(cè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，角度口Θ g為：
[0034]
(5；
[0035] ii)當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離觀測(cè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，角度口θg為：
[0036]
(6)
[0037] 式妨和式（6)中，As為距離單元間隔，At為觀測(cè)時(shí)間單元間隔，Vm。,為目標(biāo)速 度值的上限，Vmi。為目標(biāo)速度值的下限，Vm。,和Vmm由目標(biāo)先驗(yàn)信息估計(jì)得到，arctg( ·)表 示求反正切函數(shù)。
[0038] 本發(fā)明的有益效果：該方法將目標(biāo)的檢測(cè)分為初始階段和跟蹤階段，在初始階段 利用一段時(shí)間單元內(nèi)所有距離單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行化U曲變換估計(jì)目標(biāo)初始距離和速度；跟蹤 階段則利用初始距離和速度確定時(shí)間口、距離口和角度口，對(duì)時(shí)間口和距離口內(nèi)的數(shù)據(jù)在 角度口內(nèi)進(jìn)行化U曲變換，由此隨時(shí)間單元迭代處理得到目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡，在保證跟蹤精 度的同時(shí)可有效降低計(jì)算量和存儲(chǔ)量，具有計(jì)算時(shí)間短，跟蹤精度高的優(yōu)點(diǎn)，適合于復(fù)雜噪 聲背景中弱目標(biāo)一維運(yùn)動(dòng)軌跡的提取。
【附圖說(shuō)明】
[0039] 圖1為本發(fā)明基于化U曲變換的弱目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡提取方法的流程圖；
[0040] 圖2為實(shí)施例中含大量背景噪聲的回波數(shù)據(jù)示意圖；
[0041] 圖3為本發(fā)明對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡提取的結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0043] 參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明所述的基于化U曲變換的弱目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡提取方法，包括W 下步驟：
[0044] 1)對(duì)于目標(biāo)一維回波數(shù)據(jù)，確定初始階段處理數(shù)據(jù)的時(shí)間口和距離Π，時(shí)間口選 取從觀測(cè)起始時(shí)刻開(kāi)始的N個(gè)觀測(cè)時(shí)刻，即N帖回波數(shù)據(jù)，距離口為每帖數(shù)據(jù)內(nèi)所有Μ個(gè)距 離單元，由此構(gòu)造二維數(shù)組Β(i，j)，1《i《Μ，1《j《Ν;回波數(shù)據(jù)為所有距離單元的回波 信號(hào)經(jīng)過(guò)口限闊值處理后的判決值，即每個(gè)觀測(cè)時(shí)刻的回波數(shù)據(jù)為（〇，1)序列，對(duì)應(yīng)不同 距離單元是否存在目標(biāo)，0代表不存在目標(biāo)，1代表存在目標(biāo)，在某個(gè)距離單元內(nèi)回波數(shù)據(jù) 判決值是否為1是一個(gè)概率事件，概率大小受目標(biāo)回波強(qiáng)度和噪聲回波強(qiáng)度的綜合影響； W45]。選取目標(biāo)在參數(shù)空間中對(duì)應(yīng)的角度Θ滿足0《Θ< 31，對(duì)B(i，如進(jìn)行化U曲 變換，得到目標(biāo)的初始距離估計(jì)值sO和速度估計(jì)值vO;
[0046] 3)設(shè)定k= 1 ;
[0047] 4)根據(jù)初始距離估計(jì)值sO和速度估計(jì)值vO確定跟蹤階段N+k時(shí)刻（跟蹤階段起 始時(shí)刻）的時(shí)間口tg和距離口dg，由此得到一個(gè)回波數(shù)組C(i，j)，iedg，jetg;時(shí)間 口tg的選取固定為從當(dāng)前觀測(cè)時(shí)刻開(kāi)始的tk個(gè)時(shí)間單元，tk為跟蹤階段每個(gè)時(shí)間口內(nèi)包 含的時(shí)間單元數(shù)目；
[0048] 5)根據(jù)速度估計(jì)值vO粗略估計(jì)目標(biāo)速度范圍，并結(jié)合目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向、距離單元和 時(shí)間單元確定化U曲變換中的角度口 0g，對(duì)步驟4)中得到的回波數(shù)組C(i，j)進(jìn)行化U曲 變換，得到N+k時(shí)