一种隐身滑跃式机动目标的多模型椭圆Hough变换积累检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种隐身滑跃式机动目标的多模型椭圆Hough变换积累检测方法，首先利用Hough变换在三维量测的水平投影面上检测目标，然后在垂直平面内通过椭圆Hough变换实现机动目标的信号积累，针对目标轨迹未知，采用多个椭圆模型加权融合实现对临近空间真实轨迹估计，从而实现对临近空间高超声速隐身机动目标的检测与跟踪。本发明通过将临近空间目标三维空间的机动转化为水平面的直线运动和垂直面的冲压滑跃式运动，利用多个椭圆模型Hough变换交互融合的TBD技术来实现目标的积累检测，与普通椭圆Hough变换相比，因为是在较小范围内的子空间搜索，可显著降低计算量、存储量和复杂度，适合工程应用。
【专利说明】一种隐身滑跃式机动目标的多模型椭圆Hough变换积累检测方法
一、【技术领域】
[0001]本发明隶属于雷达微弱目标检测跟踪领域，适用于解决临近空间高超声速滑跃式机动隐身目标的积累检测问题。
二、【背景技术】
[0002]临近空间是指距海平面20~IOOkm的空域，临近空间高超声速飞行器具有速度快、机动性好、隐身性强等特点，可在两小时内对全球任一目标进行快速精确打击。典型代表有美国的X-43、X-51、HTV-2等，附图2是临近空间冲压-滑跃式飞行器典型飞行轨迹示
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[0003]临近空间高超声速飞行器在大气层内以5倍以上音速飞行时，飞行器与大气强烈作用，在头部形成弓形激波，在飞行器周围形成等离子体包覆流场，会使得目标的RCS起伏，在RCS缩减阶段 具有较强的隐身性。再加之临近空间飞行器可能采用先进隐身材料，对飞行器起到了更强的隐身作用，从而降低了雷达发现临近空间目标的能力。
[0004]现有的各种机动目标跟踪技术基本上是针对高信噪比情况的机动目标跟踪，很少涉及隐身机动目标的跟踪，不能满足临近空间高机动隐身目标的跟踪需要。对于探测跟踪隐身目标，基于Hough变换的TBD(Tracking before detection)技术是最常用的方法之一，它的基本原理是通过Hough变换，将数据空间的一个点变换为参数空间的一条直线，通过判断参数空间的多条直线是否相交于一点，来判断它们在数据空间是否位于一条直线轨迹上，从而实现对隐身目标的积累检测。传统的Hough变换主要适用于二维平面上的直线运动目标的信号积累检测，而临近空间目标是在三维空间高速滑跃式机动的隐身目标，使得雷达面临着三维空间的“隐身+高机动”目标积累检测难题，传统的Hough变换方法还不能适应临近空间高超声速高机动目标的积累检测要求。
三、
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的问题就是，针对现有Hough变换方法不适用于临近空间高超声速机动隐身目标的检测问题，提供一种隐身滑跃式机动目标的椭圆Hough变换积累检测方法。考虑到临近空间高超声速目标是在某一垂直面内作冲压-滑跃的“打水漂式”机动，在水平面的投影近似为直线，因而，将临近空间隐身目标的检测分为水平面投影直线检测和垂直面内的机动轨迹检测。首先将临近空间目标三维空间量测向水平面投影，利用Hough变换在投影的水平面上检测目标，得到包含目标和杂波的某一垂直面内雷达量测；然后在该垂直平面内将临近空间目标的每段滑跃式机动轨迹近似为椭圆的一部分，通过椭圆Hough变换实现滑跃式机动目标的信号积累，针对目标轨迹未知，采用多个椭圆模型加权融合实现对临近空间真实轨迹估计，从而实现对临近空间高超声速隐身机动目标的检测与跟
足示O
[0006]本发明解决所述技术问题，采用技术方案步骤如下:[0007](I)将观测区域内雷达的三维空间量测(包括距离、方位、俯仰、信号能量)信号能量与一个较低门限进行比较，舍弃低于该门限的量测；
[0008](2)将第(I)步中得到的三维空间量测垂直投影到水平面，形成水平面内的二维伪量测；
[0009](3)将第(2)步中形成的二维伪量测进行直线Hough变换，检测出伪量测空间的直线(假设直线方程为r = xcos ( Θ ) +ysin ( Θ )，其中x和y为变量，r和Θ为已知量，r、Θ分别表示坐标原点到该直线的距离和过坐标原点的该直线垂线与X轴的夹角)，然后找出形成该直线对应的三维空间的量测集[Z1,...,ZJ ；
[0010](4)将第(3)步中形成的三维量测[Z1,...,ZJ坐标转换到以第(3)步中检测出的直线r = xcos ( Θ )+ysin( Θ )为x轴，[Z1,..., Zn]量测中任一点为坐标原点、竖直方向为z轴的x-y-z直角坐标系，得到新的量测集[Z'V J ；
[0011](5)在第(4)步建立的直角坐标系下的X-Z平面内利用量测集[Z' λ，…，V J中各个量测的X、Z坐标进行以椭圆圆心为参数的椭圆Hough变换，在参数空间进行信号能量积累，将积累能量最高值对应的量测[Z" ,,...,I" J认为是可能轨迹；
[0012](6)选取多个椭圆模型重复第(5)步，并对多个模型椭圆Hough变换检测的量测点加权融合作为最终的目标检测结果。
[0013]具体的，所述步骤(5)具体为:
[0014]al)将x-z平面内的观测区域划分成NXM个分辨单元，并假设分辨单元长度和宽度均为Ar,区域中心X坐标分别为B(i), i = 1,2,3,…，N, z坐标分别为C(j)，j = 1,2,
3,...，M，并定义一个 NXM 的矩阵 A(i，j), i = 1,2,3,...，N，j = 1,2,3,...，M，矩阵各元素初始化全为0，用于存放参数空间的能量积累值；
[0015]a2)假设椭圆原点坐标[x0, Z0] = [B⑴，C (j)]，使i从I到N变化，j从I到M变化，将第(4)步中得到的所有量测[Z'I'n]中的x、z坐标[xk，zk]逐一带入下式
[0016]
【权利要求】
1.一种隐身滑跃式机动目标的多模型椭圆Hough变换积累检测方法，其特征在于包括以下步骤: (1)将观测区域内雷达的三维空间量测(距离、方位、俯仰、信号能量)的信号能量与一个较低门限进行比较，舍弃低于该门限的量测； (2)将第(I)步中得到的三维空间量测垂直投影到水平面，形成水平面内的二维伪量测； (3)将第(2)步中形成的二维伪量测进 行直线Hough变换，检测出伪量测空间的直线(假设直线方程为r = xcos ( Θ ) +ysin ( Θ ),其中x和y为变量，r和Θ为已知量，r、Θ分别表示原点到该直线的距离和过原点的该直线的垂线与X轴的夹角)，然后找出形成该直线对应的三维空间的量测集[Z1,...，Zn]； (4)将第(3)步中形成的三维量测[Z1,...,ZJ坐标转换到以第(3)步中检测出的直线r = xcos ( Θ )+ysin( Θ )为x轴，[Z1,..., Zn]量测中任一点为坐标原点、竖直方向为z轴的x-y-z直角坐标系，得到新的量测集[Z' 1;...，Z' J ； (5)在第(4)步建立的直角坐标系下的x-z平面内利用量测集[Z'X，...，V n]中各个量测的X、z坐标进行以椭圆圆心为参数的椭圆Hough变换，在参数空间进行信号能量积累，将积累能量最高值对应的量测[Z" ,,...,I" J认为是可能轨迹； (6)选取多个椭圆模型重复第(5)步，并对多个模型椭圆Hough变换检测的量测点加权融合作为最终的目标检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种隐身滑跃式机动目标的多模型椭圆Hough变换积累检测方法，其特征在于，所述步骤(5)具体为: al)将x-z平面内的观测区域划分成NXM个分辨单元，并假设分辨单元长度和宽度均为Ar,区域中心X坐标分别为B(i), i = 1,2,3,..., N, z坐标分别为C(j)，j = 1,2,.3,...，M，并定义一个 NXM 的矩阵 A(i，j), i = 1,2,3,...，N，j = 1,2,3,...，M，矩阵元素初始化全为0，用于存放参数空间的能量积累值； a2)假设椭圆原点坐标[Xtl, Z0] = [B⑴，C (j)]，使i从I到N变化，j从I到M变化，将第(4)步中得到的所有量测[Z' ,,...,...1' Y...,V n]中的x、z坐标[xk，zk]逐一带入下式
3.根据权利要求1所述的一种隐身滑跃式机动目标的多模型椭圆Hough变换积累检测方法，其特征在于，所述步骤(6)具体为: bl)首先将多个椭圆模型Hough变换后得到的能量积累矩阵Am，m = 1，2，...P (P表示椭圆模型个数，Am表示第m个椭圆模型对应的能量积累矩阵)中能量最大值Am(imax，jmax)与预定门限E_th进行比较，如果Am (imax，Jfflax)小于预定门限，则由该椭圆模型Hough变换检测出来的量测不再参与余下的步骤； b2)将bl)步后剩余的椭圆模型检测出来的点迹按照时标进行集中，并利用下式
【文档编号】G01S13/66GK103954949SQ201410163729
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】王国宏, 吴巍, 于洪波, 张翔宇, 孙殿星, 谭顺成, 姜辉 申请人:中国人民解放军海军航空工程学院