空時多項式拉東變換的高超聲速目標tbd積累檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明隸屬于雷達信號處理與數(shù)據(jù)處理領域，適用于解決高超聲速隱身機動目標 的TBD非相參信號積累問題。
【背景技術】
[0002] 高超聲速是速度超過5馬赫，也就是超過聲速的5倍(每小時約6000公里），在大氣 層內(nèi)實現(xiàn)高超音速飛行是當前最前沿的技術，最著名有美國的HTV-2"獵鷹"高超音速飛行 器計劃、X-37B空天驗證機、X-43和X-51高超音速驗證機等。離地20~100公里的高空"走廊" 是高超音速飛行器長時間遠距離飛行的理想空間，也稱臨近空間，在這個"走廊"短暫啟動 發(fā)動機，推動飛行器再次爬升、回落、再爬升，如此周而復始，每兩分多鐘進行一次"跳躍"， 每一跳約450公里，這樣在兩小時內(nèi)可以到達全球任何地點。
[0003] 臨近空間高超聲速飛行器在"跳躍"時與空氣作用會產(chǎn)生激波等離子體，激波等離 子體會對雷達信號產(chǎn)生反射和折射，會導致目標RCS發(fā)生衰減，使得目標具有一定的隱身 性。信號積累是提高信噪比的有效方法，相參積累效率高，但會受到目標速度、目標加速度、 波束駐留時間等因素的限制，因此，為了進一步提高信號信噪比，在雷達幀內(nèi)相參積累積累 后，還可以在雷達掃描幀之間采用非相參積累。
[0004] TBD是一種可實現(xiàn)雷達幀之間信號非相參積累的技術，其基本思想是在雷達掃描 幀之間沿著目標運動的軌跡進行信號積累，Hough變換是典型的TBD方法之一，它利用圖像 處理的原理，雷達信號二值化處理，將多幀信號合并到一個圖中，然后利用Hough變換的原 理檢測圖片中的直線，將在一條直線上的點對應的積累到參數(shù)空間的一個點上，從而實現(xiàn) TBD非相參積累。傳統(tǒng)的Hough變換TBD方法主要針對常規(guī)目標，對臨近空間高超聲速目標的 檢測會面臨如下挑戰(zhàn)：
[0005] (1)傳統(tǒng)的Hough變換TBD的前提條件是目標直線運動，當臨近空間高超聲速目標 曲線運動時其檢測性能將降低；
[0006] (2)大多Hough變換TBD是在直角坐標系下進行積累，對臨近空間高超聲速目標，由 于目標距離很遠，雷達方位角誤差引起的位置誤差會非常大，使得目標在直角坐標系下的 軌跡與真實軌跡的拓撲形狀差別較大，這使得利用圖形檢測思想的傳統(tǒng)TBD方法性能降低；
[0007] (3)傳統(tǒng)的Hough變換TBD方法大多是將要處理的N幀雷達數(shù)據(jù)全部放在一幀中，以 圖像處理的方式，找到圖像中的對應直線或曲線，由于Hough變換時沒有區(qū)分各個雷達幀之 間的點，在低信噪比情況下，容易出現(xiàn)虛警。因此，傳統(tǒng)的TBD方法還不能完全適應臨近空間 高超聲速目標的幀間信號積累的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對臨近空間高超聲速目標遠距離、超高速、大加速度的特點，用多項式分別對目 標方位維和徑向距離維的運動進行建模，在方位維和徑向距離維進行參數(shù)搜索，在空時多 項式拉東變換的參數(shù)空間實現(xiàn)能量積累。本發(fā)明解決所述技術問題，采用技術方案步驟如 下：
[0009] 1.空時多項式拉東變換的高超聲速目標TBD積累檢測方法，其特征在于包括以下 技術措施：
[0010] 步驟(一）、提取經(jīng)過雷達信號處理后的K個掃描幀的雷達信號，對各個信號進行離 散化處理，得到各個掃描幀對應的距離單元-波位編號的三維信號矩陣s(m，n，k)，其中m代 表波位編號，m=l，2,…，M，M為波位的總數(shù)，n代表回波信號的距離單元標號，n=l，2,...， N，N為距離單元的總數(shù)，k代表掃描幀的標號，k=l，2,…，K，矩陣里元素為該檢測單元對應 的信號幅度；
[0011] 步驟(二）、設定預處理門限，將第1幀雷達信號對應的信號矩陣中每一個元素 s(m， n，l)與第一門限比較，找出大于第一門限的點，并分別以這些點為起點，以目標的徑向速 度、徑向加速度以及角速度、角加速度為搜索參數(shù)，在搜索參數(shù)初始化后，在距離和方位角 的二維空間內(nèi)進行空時多項式拉東變換的信號積累，得到每個信號點對應的參數(shù)空間積累 矩陣，找出該積累矩陣中的最大值，并保存該最大值對應的參數(shù)，并將該最大值賦予對應的 距離單元-波位編號矩陣slm，!!），其中矩陣Y為M行N列的矩陣，矩陣內(nèi)元素初始值全為0; [0012]步驟(三）、重復步驟(二）中的空時多項式拉東變換的信號積累，遍歷所有第1幀信 號矩陣大于第一門限的點，得到關于距離單元和波位編號的矩陣Y ;
[0013]步驟（四）、對矩陣s'中的元素進行恒虛警檢測，判斷目標有無；
[0014] 步驟(五）、若有目標，則將該目標對應的參數(shù)作為目標的運動參數(shù)估計。
[0015] 具體的，所述步驟(二)搜索參數(shù)的初始化方法為：
[0016] 假設雷達幀間時間間隔為T，高超聲速目標所在位置的最大可能徑向速度為vmax， 最大可能徑向加速度為a max，最大可能角速度《 max，最大可能角加速度為，雷達距離分辨 單元為Ar，雷達角度分辨單元為A0，則目標徑向速度的搜索步進A v = 8 ? Ar/(TK)，5為 比例系數(shù)，徑向速度的搜索起點￥-111￡? = -1'01111(1(>111￡?/八￥)?八￥，徑向速度的搜索總數(shù)心=2 Xround(vmax/+v)+l，其中round( ?)表示取與括號內(nèi)實數(shù)最近的整數(shù)，徑向加速度的搜索 步進Aa = 5 ? 2Ar/(TK)2,徑向加速度的搜索起點a-max=-round(amax/Aa) ? Aa，徑向加速 度的搜索總數(shù)Na = 2Xround(amax/Aa)+l;角速度的搜索步進A ?=5、A0/(TK)W為比 例系數(shù)，角速度的搜索起點咖=-仰1111(1(?腹/厶《) ? A ?，角速度的搜索總數(shù)NU = 2X round( comax/A ? ) + 1，角加速度的搜索步進4 = f2A/?/(7X)2,角加速度的搜索起點 汾-一陽_辦.也姑乂^)-厶辦，.角加速度的搜索總數(shù)巧 =2，x.ro"?d(<a' /a&) + 1
[0017] 3.具體的，步驟(三)空時多項式拉東變換的能量積累具體又可分為以下步驟：
[0018] (1)假設超過第一門限檢測的點處于第m個波位和第n個距離單元，其信號幅度為s (m，n, 1)，根據(jù)該點所在位置的最大可能徑向速度、最大可能徑向加速度、最大可能角速度， 最大可能角加速度，利用搜索參數(shù)的初始化方法獲得目標徑向速度搜索步進A v，徑向速度 的搜索起點v-max，徑向速度的搜索總數(shù)Nv，目標徑向加速度的搜索步進A a，徑向加速度的搜 索起點a-max，徑向加速度的搜索總數(shù)Na，角速度的搜索步進A co，角速度的搜索起點《_max， 角速度的搜索的總數(shù)Nu，角加速度的搜索步進W，角加速度的搜索起點，角加速度的搜 索的總數(shù)
[0019] (2)將高超聲速目標在雷達距離、方位二維平面的運動分解為徑向距離維的運動 和方位維的運動，分別用多項式對目標運動建模，忽略三次以上的運動，在徑向距離維，僅 考慮目標的速度和加速度，在角度維，僅考慮目標的角速度和角加速度，在徑向距離維和方 位維聯(lián)合搜索，搜索過程用4層For循環(huán)來實現(xiàn)，具體為：
[0020] FOR:搜索徑向速度，對任一i，i = 1，2，…，Nv，遍歷所有i
[0021] 令Vi-v-max+(i_l) ? A v
[0022] FOR:搜索徑向加速度，對任一u，u = l，2,. . .，Na，遍歷所有u
[0023]令au-a-max+(u_l) ? A a
[0024] FOR:搜索角速度，對任一q，q = l，2,…?，NU，遍歷所有q
[0025] 令《 o -max+(q_l) ? A o
[0026] FOR:搜索角加速度，對任一 1，卜I二..…v:.，遍歷所有1
[0027] 令 A w ;r」、+ (/ - I >. Aw
[0028] FOR:對雷達掃描幀進行循環(huán)，k = l ,2,... ,K，遍歷所有k
[0029] 計算以第n個距離單元為起點，徑向速度為Vl，徑向加速度為au，第k雷達幀目標應 該所處的距離
[0030] r = n ? A r+vi ? (k_l) ? T+1/2 ? au ? [ (k_l )T]2
[0031] 對應的距離單元編號
[0032] ru = round(r/ A r)
[0033] 計算以第m個波位的中心為起點，角速度為《 q，角加速度為為，第k雷達幀目標的方 位角
[0034] 0 = (m - 0.5) ? + 〇i, -(k-\)-T+ \ > 2- (b, [(A - l)r]2
[0035]其中0e表示波位的寬度；
[0036]對應的波位編號 [0037] mi = ceil(9/9p)
[0038]其中ceil( ?)表示取括號內(nèi)實數(shù)與正無窮方向最近的整數(shù)；
[0039]保存第k幀波位nu和距離單元m對應的信號幅度 [0040] F(k) =s(mi，m，k)
[0041 ] F為大小為K的向量，初始化時元素全為0;
[0042] ENDF0R
[0043] 累加幅度F中的所有信號幅度，存入對應的4維矩陣G(i，u，q，l)
[0044] G(i