本发明专利技术涉及的空时多项式拉东变换的高超声速目标TBD积累检测方法，属于雷达信号处理和数据处理领域，针对临近空间高超声速目标远距离、超高速、大加速度的特点，用多项式分别对目标方位维和径向距离维的运动进行建模，在方位维和径向距离维进行参数搜索，在空时多项式拉东变换的参数空间实现能量积累。本发明专利技术提供的方法在极坐标系下进行TBD积累，克服了量测轨迹拓扑在直角坐标系下严重变形而难以与真实轨迹匹配的问题，利用信号的幅度进行积累，克服了传统TBD对雷达信号二值化预处理带来的积累误差，降低了虚警概率，提高了检测的实时性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术隶属于雷达信号处理与数据处理领域，适用于解决高超声速隐身机动目标 的TBD非相参信号积累问题。
技术介绍
高超声速是速度超过5马赫，也就是超过声速的5倍(每小时约6000公里），在大气 层内实现高超音速飞行是当前最前沿的技术，最著名有美国的HTV-2"猎鹰"高超音速飞行 器计划、X-37B空天验证机、X-43和X-51高超音速验证机等。离地20~100公里的高空"走廊" 是高超音速飞行器长时间远距离飞行的理想空间，也称临近空间，在这个"走廊"短暂启动 发动机，推动飞行器再次爬升、回落、再爬升，如此周而复始，每两分多钟进行一次"跳跃"， 每一跳约450公里，这样在两小时内可以到达全球任何地点。 临近空间高超声速飞行器在"跳跃"时与空气作用会产生激波等离子体，激波等离 子体会对雷达信号产生反射和折射，会导致目标RCS发生衰减，使得目标具有一定的隐身 性。信号积累是提高信噪比的有效方法，相参积累效率高，但会受到目标速度、目标加速度、 波束驻留时间等因素的限制，因此，为了进一步提高信号信噪比，在雷达帧内相参积累积累 后，还可以在雷达扫描帧之间采用非相参积累。 TBD是一种可实现雷达帧之间信号非相参积累的技术，其基本思想是在雷达扫描 帧之间沿着目标运动的轨迹进行信号积累，Hough变换是典型的TBD方法之一，它利用图像 处理的原理，雷达信号二值化处理，将多帧信号合并到一个图中，然后利用Hough变换的原 理检测图片中的直线，将在一条直线上的点对应的积累到参数空间的一个点上，从而实现 TBD非相参积累。传统的Hough变换TBD方法主要针对常规目标，对临近空间高超声速目标的 检测会面临如下挑战： (1)传统的Hough变换TBD的前提条件是目标直线运动，当临近空间高超声速目标 曲线运动时其检测性能将降低； (2)大多Hough变换TBD是在直角坐标系下进行积累，对临近空间高超声速目标，由 于目标距离很远，雷达方位角误差引起的位置误差会非常大，使得目标在直角坐标系下的 轨迹与真实轨迹的拓扑形状差别较大，这使得利用图形检测思想的传统TBD方法性能降低； (3)传统的Hough变换TBD方法大多是将要处理的N帧雷达数据全部放在一帧中，以 图像处理的方式，找到图像中的对应直线或曲线，由于Hough变换时没有区分各个雷达帧之 间的点，在低信噪比情况下，容易出现虚警。因此，传统的TBD方法还不能完全适应临近空间 高超声速目标的帧间信号积累的需要。
技术实现思路
针对临近空间高超声速目标远距离、超高速、大加速度的特点，用多项式分别对目 标方位维和径向距离维的运动进行建模，在方位维和径向距离维进行参数搜索，在空时多 项式拉东变换的参数空间实现能量积累。本专利技术解决所述技术问题，采用技术方案步骤如 下： 1.空时多项式拉东变换的高超声速目标TBD积累检测方法，其特征在于包括以下 技术措施： 步骤(一）、提取经过雷达信号处理后的K个扫描帧的雷达信号，对各个信号进行离 散化处理，得到各个扫描帧对应的距离单元-波位编号的三维信号矩阵s(m，n，k)，其中m代 表波位编号，m=l，2,…，M，M为波位的总数，n代表回波信号的距离单元标号，n=l，2,...， N，N为距离单元的总数，k代表扫描帧的标号，k=l，2,…，K，矩阵里元素为该检测单元对应 的信号幅度； 步骤(二）、设定预处理门限，将第1帧雷达信号对应的信号矩阵中每一个元素 s(m， n，l)与第一门限比较，找出大于第一门限的点，并分别以这些点为起点，以目标的径向速 度、径向加速度以及角速度、角加速度为搜索参数，在搜索参数初始化后，在距离和方位角 的二维空间内进行空时多项式拉东变换的信号积累，得到每个信号点对应的参数空间积累 矩阵，找出该积累矩阵中的最大值，并保存该最大值对应的参数，并将该最大值赋予对应的 距离单元-波位编号矩阵slm，!!），其中矩阵Y为M行N列的矩阵，矩阵内元素初始值全为0; 步骤(三）、重复步骤(二）中的空时多项式拉东变换的信号积累，遍历所有第1帧信 号矩阵大于第一门限的点，得到关于距离单元和波位编号的矩阵Y ;步骤（四）、对矩阵s'中的元素进行恒虚警检测，判断目标有无； 步骤(五）、若有目标，则将该目标对应的参数作为目标的运动参数估计。 具体的，所述步骤(二)搜索参数的初始化方法为： 假设雷达帧间时间间隔为T，高超声速目标所在位置的最大可能径向速度为vmax， 最大可能径向加速度为a max，最大可能角速度《 max，最大可能角加速度为，雷达距离分辨 单元为Ar，雷达角度分辨单元为A0，则目标径向速度的搜索步进A v = 8 ? Ar/(TK)，5为 比例系数，径向速度的搜索起点￥-111￡? = -1'01111(1(>111￡?/八￥)?八￥，径向速度的搜索总数心=2 Xround(vmax/+v)+l，其中round( ?)表示取与括号内实数最近的整数，径向加速度的搜索 步进Aa = 5 ? 2Ar/(TK)2,径向加速度的搜索起点a-max=-round(amax/Aa) ? Aa，径向加速 度的搜索总数Na = 2Xround(amax/Aa)+l;角速度的搜索步进A ?=5、A0/(TK)W为比 例系数，角速度的搜索起点咖=-仰1111(1(?腹/厶《) ? A ?，角速度的搜索总数NU = 2X round( comax/A ? ) + 1，角加速度的搜索步进4 = f2A/?/(7X)2,角加速度的搜索起点 汾-一阳_办.也姑乂^)-厶办，.角加速度的搜索总数巧 =2，x.ro"?d(<a' /a&) + 1 3.具体的，步骤(三)空时多项式拉东变换的能量积累具体又可分为以下步骤： (1)假设超过第一门限检测的点处于第m个波位和第n个距离单元，其信号幅度为s (m，n, 1)，根据该点所在位置的最大可能径向速度、最大可能径向加速度、最大可能角速度， 最大可能角加速度，利用搜索参数的初始化方法获得目标径向速度搜索步进A v，径向速度 的搜索起点v-max，径向速度的搜索总数Nv，目标径向加速度的搜索步进A a，径向加速度的搜 索起点a-max，径向加速度的搜索总数Na，角速度的搜索步进A co，角速度的搜索起点《_max， 角速度的搜索的总数Nu，角加速度的搜索步进W，角加速度的搜索起点，角加速度的搜 索的总数 (2)将高超声速目标在雷达距离、方位二维平面的运动分解为径向距离维的运动 和方位维的运动，分别用多项式对目标运动建模，忽略三次以上的运动，在径向距离维，仅 考虑目标的速度和加速度，在角度维，仅考虑目标的角速度和角加速度，在径向距离维和方 位维联合搜索，搜索过程用4层For循环来实现，具体为： FOR:搜索径向速度，对任一i，i = 1，2，…，Nv，遍历所有i 令Vi-v-max+(i_l) ? A v FOR:搜索径向加速度，对任一u，u = l，2,. . .，Na，遍历所有u令au-a-max+(u_l) ? A a FOR:搜索角速度，对任一q，q = l，2,…?，NU，遍历所有q 令《 o -max+(q_l) ? A o FOR:搜索角加速度，对任一 1，卜I二..…本文档来自技高网...
【技术保护点】
空时多项式拉东变换的高超声速目标TBD积累检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤(一)、提取经过雷达信号处理后的K个扫描帧的雷达信号，对各个信号进行离散化处理，得到各个扫描帧对应的距离单元‑波位编号的三维信号矩阵s(m,n,k)，其中m代表波位编号,m＝1,2,…,M，M为波位的总数，n代表回波信号的距离单元标号，n＝1,2,...,N，N为距离单元的总数，k代表扫描帧的标号，k＝1,2,…,K，矩阵里元素为该检测单元对应的信号幅度；步骤(二)、设定预处理门限，将第1帧雷达信号对应的信号矩阵中每一个元素s(m,n,1)与第一门限比较，找出大于第一门限的点，并分别以这些点为起点，以目标的径向速度、径向加速度以及角速度、角加速度为搜索参数，在搜索参数初始化后，在距离和方位角的二维空间内进行空时多项式拉东变换的信号积累，得到每个信号点对应的参数空间积累矩阵，找出该积累矩阵中的最大值，并保存该最大值对应的参数，并将该最大值赋予对应的距离单元‑波位编号矩阵s′(m,n)，其中矩阵s′为M行N列的矩阵，矩阵内元素初始值全为0；步骤(三)、重复步骤(二)中的空时多项式拉东变换的信号积累，遍历所有第1帧信号矩阵大于第一门限的点，得到关于距离单元和波位编号的矩阵s′；步骤(四)、对矩阵s′中的元素进行恒虚警检测，判断目标有无；步骤(五)、若有目标，则将该目标对应的参数作为目标的运动参数估计。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴巍，王国宏，谭顺成，于洪波，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空工程学院，
类型：发明
国别省市：山东;37
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