CN110231604A - 一种基于四维相关的多路径目标抑制方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于机载火控雷达领域，特别涉及一种基于四维相关的多路径目标抑制方法，包括如下步骤：根据接收雷达回波处理得到和路、方位差路、俯仰差路及保护路的频谱图；进行目标检测，得到目标在和路频谱上距离门和频率门；提取保护路的频谱图中功率值，并进行旁瓣匿隐处理；得到主瓣目标的四维信息；判断任意两个主瓣目标是否相关；保留相关的主瓣目标中速度绝对值大、距离值小以及俯仰角值大的主瓣目标，删除另一个；保留适合的主瓣目标作为输出，进行正常航迹处理。本申请的基于四维相关的多路径目标抑制方法，既可以防止反射信号由旁瓣进入形成假目标，又可以防止反射信号从主瓣进入产生镜像假目标，并提高对真实目标的跟踪的稳定性。

Description

一种基于四维相关的多路径目标抑制方法

技术领域

本申请属于机载火控雷达领域，特别涉及一种基于四维相关的多路径目标抑制方法。

背景技术

机载火控雷达在跟踪低空目标时，由目标直接反射回来的回波信号和经地面或海面反射回来的信号，经矢量相加后，一同被天线接收，引起回波信号在幅度和相位上的变化，造成距离、速度、俯仰角等多维信息的测量误差，从而导致跟踪精度下降甚至是跟踪失败。

目前解决多径效应的方法包含天线窄波束、分集接收、多站信息融合及目标参数估计等。天线窄波束法对雷达天线尺寸及工作频率有较高要求，相控阵雷达在天线口径及工作带宽方面较传统脉冲雷达有一定优势，但仍难以完全消除多径效应的影响。分集接收主要应用于位置固定的地面雷达站，对处于高速运动的机载雷达来说难以实现。由于多径产生的镜像目标与低空真实目标在距离速度方位俯仰上的相似性，且不同平台本身存在的测量误差，这也对多站信息融合构成了极大的挑战。

为此，需要发明一种基于机载火控雷达的易于实现的多路径目标抑制方法。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种基于四维相关的多路径目标抑制方法。

本申请公开了一种基于四维相关的多路径目标抑制方法，包括如下步骤：

步骤一、在低空下视目标跟踪事件中，根据接收雷达回波处理得到和路频谱图P_Sum、方位差路频谱图P_Az、俯仰差路频谱图P_El及保护路的频谱图P_Guard；

步骤二、对和路频谱图P_Sum进行目标检测，得到目标在和路频谱上距离门Nr和频率门Nf；

步骤三、提取保护路的频谱图P_Guard(即保护通道)中坐标点(Nr，Nf)处的功率值P_Guard目，并进行旁瓣匿隐处理，以剔除旁瓣目标，保留主瓣目标；

步骤四、对主瓣目标分别进行距离、速度、方位角、俯仰角计算，得到主瓣目标的四维信息(R，V，Az，El)；

步骤五、判断任意两个主瓣目标的四维信息差值的绝对值是否同时满足门限要求，满足，则该两个主瓣目标相关；

步骤六、判断两个相关的主瓣目标中任一个主瓣目标是否满足速度绝对值大、距离值小以及俯仰角值大，如果满足，则保留，且删除另一个测量主瓣目标；

步骤七、将所述步骤五中不相关的主瓣目标以及步骤六中保留主瓣目标作为输出，进行正常航迹处理。

根据本申请的至少一个实施方式，在低空下视目标跟踪事件中，雷达波束惯性系俯仰角＜1°。

根据本申请的至少一个实施方式，在所述步骤三中，若P_Sum目＞K*P_Guard目，则目标为主瓣目标，否则目标为旁瓣目标，其中P_Sum目为和路频谱图P_Sum中坐标点(Nr，Nf)处的功率值，K为匿隐系数。

根据本申请的至少一个实施方式，在所述步骤五中，是判断任意两个主瓣目标的四维信息差值的绝对值ΔR、ΔV、ΔAz以及ΔEl是否同时满足ΔR＜T1、ΔV＜T2、ΔAz＜T3、ΔE1＜T4，其中T1、T2、T3、T4为门限。

根据本申请的至少一个实施方式，R_载目≥120km时，门限T1＝200m、T2＝1.5m/s、T3＝1°、T4＝1°，其中，R_载目是距载机目标机距离。

根据本申请的至少一个实施方式，60km≤R_载目＜120km时，门限T1＝300m，T2＝2.5m/s，T3＝1°，T4＝2°，其中，R_载目是距载机目标机距离。

根据本申请的至少一个实施方式，R_载目＜60km时，门限T1＝400m，T2＝3.5m/s，T3＝1°，T4＝3°，其中，R_载目是距载机目标机距离。

本申请至少存在以下有益技术效果：

本申请的基于四维相关的多路径目标抑制方法，不受天线尺寸、工作带宽等硬件条件的约束，实现方法更具可行性；另外，计算方法相对简单，在不影响正常跟踪逻辑的前提下，对CFAR测量进行相关筛选，更具实时性；进一步，既可以防止反射信号由旁瓣进入形成假目标，又可以防止反射信号从主瓣进入产生镜像假目标，并提高对真实目标的跟踪的稳定性。

附图说明

图1是本申请基于四维相关的多路径目标抑制方法的流程图；

图2是本申请和通道与保护通道天线方向图相对关系；

图3是本申请多径效应示意图；

图4是镜像与真实目标理论测距差值随载目距离变化情况示意图；

图5是镜像与真实目标理论速度差值随载目距离变化情况示意图；

图6是镜像与真实目标理论俯仰角差值随载目距离变化情况示意图；

图7是四维关联逻辑启用前跟踪情况示意图；

图8是四维关联逻辑启用后跟踪情况示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

下面结合附图1-图8对本申请的基于四维相关的多路径目标抑制方法进一步详细说明。

本申请公开了一种基于四维相关的多路径目标抑制方法，包括如下步骤：

步骤一、在低空下视目标跟踪事件中，根据接收雷达回波处理得到和路频谱图P_Sum、方位差路频谱图P_Az、俯仰差路频谱图P_El及保护路的频谱图P_Guard。

其中，在低空下视目标跟踪事件中，雷达波束惯性系俯仰角<1°。为了，接收雷达回波后，是通过通道校准、相参积累等处理，再经FFT变换得到得到和路频谱图P_Sum、方位差路频谱图P_Az、俯仰差路频谱图P_El及保护路的频谱图P_Guard。

步骤二、对和路频谱图P_Sum进行目标检测(又叫CFAR目标检测)，得到目标在和路频谱上距离门Nr和频率门Nf。

具体地，是选用邻近单元平均恒虚警检测器计算检测门限，保证虚警概率的前提下，在和通道回波频谱上，检测目标，得到目标在频谱上距离门Nr和频率门Nf；

步骤三、提取保护通道的目标特征，进行旁瓣匿隐处理，剔除可能经旁瓣方向进入的多径目标。

具体地，提取保护路的频谱图P_Guard(即保护通道)中坐标点(Nr,Nf)处的功率值P_Guard目，并进行旁瓣匿隐处理，以剔除旁瓣目标，保留主瓣目标。

进一步地，若P_Sum目＞K*P_Guard目，则目标为主瓣目标，否则目标为旁瓣目标，其中P_Sum目为和路频谱图P_Sum中坐标点(Nr,Nf)处的功率值，K为匿隐系数。

步骤四、对主瓣目标分别进行距离、速度、方位角、俯仰角计算，得到主瓣目标的四维信息(R，V，Az，El)。

步骤五、判断任意两个主瓣目标的四维信息差值的绝对值是否同时满足门限要求，满足，则该两个主瓣目标相关。

具体地，对测量进行两两遍历相关，是判断任意两个主瓣目标的四维信息差值的绝对值ΔR、ΔV、ΔAz以及ΔEl是否同时满足ΔR<T1、ΔV<T2、ΔAz<T3、ΔEl<T4，其中T1、T2、T3、T4为门限。

步骤六、判断两个相关的主瓣目标中任一个主瓣目标是否满足速度绝对值大、距离值小以及俯仰角值大，如果满足，则保留，且删除另一个测量主瓣目标；

步骤七、将步骤五中不相关的主瓣目标以及步骤六中保留主瓣目标作为输出，进行正常航迹处理，跟踪关联逻辑。

综上所述，本申请的基于四维相关的多路径目标抑制方法，不受天线尺寸、工作带宽等硬件条件的约束，实现方法更具可行性；另外，计算方法相对简单，在不影响正常跟踪逻辑的前提下，对CFAR测量进行相关筛选，更具实时性；进一步，既可以防止反射信号由旁瓣进入形成假目标，又可以防止反射信号从主瓣进入产生镜像假目标，并提高对真实目标的跟踪的稳定性。

需要说明的是，现有的基于俯仰角特征的多径目标抑制方法，通常考虑双程传输和4条可能的射线路径来进行：

1)由发射机直接到目标加上由目标直接到接收机路径；

2)直射的发射路径加上反射的接收路径；

3)反射的发射路径加上直射的接收路径；

4)反射的发射路径加上反射的接收路径。

不过这使问题复杂化了，而本申请的方法是根据两条可能路径及单程传输条件来研究多路径效应。合成波对目标照射，产生再辐射波，此辐射波通过上述两条同样的路径返回到接收机。

其中，多径镜像目标与真实目标四维信息之间的关系如下：

距离维：

由图3可以看出，基于镜面反射模型的多径效应示意图，载机场高H1，目标机场高H2，下视情况下，H1＞H2，载目距离R，则反射路径R1与R2分别为：

显然，镜像目标所测距离要比真实目标远。镜像目标与真实目标的理论测距误差 ΔR随载目真实距离的变化情况如图4所示。

速度维：

由图3可以看出，基于镜面反射模型的多径效应示意图，载机平飞速度V1，目标平飞速度V2，迎头飞行时，载机与真实目标的径向速度为：

V3＝V1 cosθ+V2 cosθ＝(V1+V2)cosθ (3)；

载机与镜像目标的径向速度为：

V4＝V1 cos(θ+β)+V2 cos(θ+β)＝(V1+V2)cos(θ+β) (4)；

显然低空下视探测时，则迎头态势下|V3|＞|V4|。ΔV＝V3-V4＝(V1+V2)(cosθ-cos(θ+β))；

尾追飞行时，载机与真实目标的径向速度为：

V3＝V1 cosθ-V2 cosθ＝(V1一V2)cosθ (5)；

载机与镜像目标的径向速度为：

V4＝V1 cos(θ+β)+V2 cos(θ+β)＝(V1-V2)cos(θ+β) (6)；

同样，则|V3|＞|V4|。镜像目标与真实目标的径向速差ΔV＝|V3-V4|＝|V1-V2|(cosθ-cos(θ+β))＞0，因此无论迎头或尾后，真实目标的速度绝对值都大于镜像目标的速度。

由图3可知β＝3°，V1＝350m/s，V2＝300m/s，H1＝6000m，H2＝1000m，ΔV随距离载机目标机距离R变化情况如图5所示。

方位维：

由多径效应的原理可以看出，镜像目标与真实目标在方位上差别不大，在判断测量相关时，方位门限应适当放小。

俯仰维：

由图3可以看出，则低空下视时，镜像目标在真实目标的下方，基于镜面反射模型的多径效应示意图，载机场高H1，目标机场高H2，载目距离R，则真实目标与镜像目标的俯仰角差值为：

其中，在H1，H2一定的情况下，β随R变化的示意图如图6所示。

进一步地，下面将引入一具体实例对本申请的基于四维相关的多路径目标抑制方法作进一步说明：

本实施例中，预设条件为载机场高H1＝6000m，目标机场高H2＝1700m，载机平飞速度V1＝400m/s，目标平飞速度V2＝160m/s，双机迎头进入。跟踪目标过程中，某次对目标的跟踪事件中，俯仰-3.8581°，波长0.0301m。

对雷达接收到的回波进行处理，得到和通道频谱信息。对频谱进行CFAR处理后，检测到目标后进行保护通道匿隐判决。第一步判决通过后，剩余4个测量，根据目标信息及测量的频谱距离门频率门信息，经角误差测量，得到四个测量的四维信息如下表：

表1四个测量的四维信息

经两两测量进行四维信息相关后，测量1与测量2，测量2与测量3，测量3与测量1同时满足相关门限T1＝300m，T2＝3.5m/s，T3＝1°，T4＝3°，但是只有测量1与测量2这组相关中，测量1同时满足距离近，速度大，俯仰角大。因此，删除测量2，剩余测量1测量3测量4成为正常测量，进入正常航迹起始，跟踪相关逻辑。

其中，相关门限设置为：

R_载目≥120km时，T1＝200m，T2＝1.5m/s，T3＝1°，T4＝1°；

60km≤R_载目＜120km时，T1＝300m，T2＝2.5m/s，T3＝1°，T4＝2°；

R_载目＜60km时，T1＝400m，T2＝3.5m/s，T3＝1°，T4＝3°，R_载目是距载机目标机距离。

此次跟踪事件中，启用四维相关逻辑前，俯仰角跟踪效果如图7所示，可以看出，151号航迹为镜像目标所起虚假航迹，602号航迹为真实目标航迹。由于未对多径测量进行及时抑制，导致镜像目标151的产生和长时间维持。采用基于四维相关的多径目标抑制方法后，俯仰角跟踪效果如图8所示，可以看出，镜像目标被抑制，实现了对真实目标的稳定跟踪。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于四维相关的多路径目标抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在低空下视目标跟踪事件中，根据接收雷达回波处理得到和路频谱图P_Sum、方位差路频谱图P_Az、俯仰差路频谱图P_El及保护路的频谱图P_Guard；

步骤二、对和路频谱图P_Sum进行目标检测，得到目标在和路频谱上距离门Nr和频率门Nf；

步骤三、提取保护路的频谱图P_Guard中坐标点(Nr,Nf)处的功率值P_Guard目，并进行旁瓣匿隐处理，以剔除旁瓣目标，保留主瓣目标；

步骤四、对主瓣目标分别进行距离、速度、方位角、俯仰角计算，得到主瓣目标的四维信息；

步骤五、判断任意两个主瓣目标的四维信息差值的绝对值是否同时满足门限要求，满足，则该两个主瓣目标相关；

步骤六、判断两个相关的主瓣目标中任一个主瓣目标是否满足速度绝对值大、距离值小以及俯仰角值大，如果满足，则保留，且删除另一个测量主瓣目标；

步骤七、将所述步骤五中不相关的主瓣目标以及步骤六中保留主瓣目标作为输出，进行正常航迹处理。

2.根据权利要求1所述的基于四维相关的多路径目标抑制方法，其特征在于，在低空下视目标跟踪事件中，雷达波束惯性系俯仰角<1°。

3.根据权利要求1所述的基于四维相关的多路径目标抑制方法，其特征在于，在所述步骤三中，若P_Sum目＞K*P_Guar目d，则目标为主瓣目标，否则目标为旁瓣目标，其中P_Sum目为和路频谱图P_Sum中坐标点(Nr,Nf)处的功率值，K为匿隐系数。

4.根据权利要求1所述的基于四维相关的多路径目标抑制方法，其特征在于，在所述步骤五中，是判断任意两个主瓣目标的四维信息差值的绝对值ΔR、ΔV、ΔAz以及ΔEl是否同时满足ΔR<T1、ΔV<T2、ΔAz<T3、ΔEl<T4，其中T1、T2、T3、T4为门限。

5.根据权利要求4所述的基于四维相关的多路径目标抑制方法，其特征在于，R_载目≥120km时，门限T1＝200m、T2＝1.5m/s、T3＝1°、T4＝1°，其中，R_载目是距载机目标机距离。

6.根据权利要求4所述的基于四维相关的多路径目标抑制方法，其特征在于，60km≤R_载目＜120km时，门限T1＝300m，T2＝2.5m/s，T3＝1°，T4＝2°，其中，R_载目是距载机目标机距离。

7.根据权利要求4所述的基于四维相关的多路径目标抑制方法，其特征在于，R_载目＜60km时，门限T1＝400m，T2＝3.5m/s，T3＝1°，T4＝3°，其中，R_载目是距载机目标机距离。