一种基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114152917A(43)申请公布日2022.03.08(21)申请号202111359273.1(22)申请日2021.11.17(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人赵月胡文熊清姚翼荣董浩王原正张逸雯(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人王安琪(51)Int.Cl.G01S7/292(2006.01)G01S7/35(2006.01)G01S13/58(2006.01)G01S13/66(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图1页(54)发明名称一种基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法(57)摘要本发明公开了一种基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法，包括如下步骤：(1)获取宽带雷达回波，采用相位测距法获取目标各散射点精确位置；(2)通过时频变换估计瞬时多普勒频率，从而获得瞬时速度，并对目标平动速度进行补偿，提取微动多普勒频移分量，计算微动速度；(3)将步骤(2)中提取得到的微动速度引入到目标跟踪流程中，构造伪量测，进行序贯滤波，进一步精确微动航迹；(4)获取目标微动航迹，更新微动参数估计。本发明将序贯滤波算法引入微多普勒特征提取过程中，充分利用多普勒量测信息提高目标的跟踪精度，同时获得高质量微动曲线，从而获得更精准的微动参数估计。CN114152917ACN114152917A权利要求书1/3页1.一种基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取宽带雷达回波，采用相位测距法获取目标各散射点精确位置；(2)通过时频变换估计瞬时多普勒频率，从而获得瞬时速度，并对目标平动速度进行补偿，提取微动多普勒频移分量，计算微动速度；(3)将步骤(2)中提取得到的微动速度引入到目标跟踪流程中，构造伪量测，进行序贯滤波，进一步精确微动航迹；(4)获取目标微动航迹，更新微动参数估计。2.如权利要求1所述的基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法，其特征在于，步骤(1)中，获取宽带雷达回波，采用相位测距法获取目标各散射点精确位置具体包括如下步骤：(11)包络延时估计；通过接收回波与发射波形之间的延时粗略估计目标距离：其中τ为时间延迟；(12)求解模糊相位：其中s(tk)为雷达回波；(13)解相位模糊，求解真实相位：(i)求相邻相位差分；(ii)调整后差值积分；令Δn＝nk‑nk‑1，假设回波信号满足奈奎斯特采样定理，则有|Δφ|≤π，因此则：因此回波真实相位为：(14)基于解相位模糊后的全相位进行测距：其中s(tk)为雷达回波慢时间序列，假设真实相位为φ，则3.如权利要求1所述的基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法，其特征在于，步骤(2)中，通过时频变换估计瞬时多普勒频率，从而获得瞬时速度，并对目标平动速度进行补偿，提取微动多普勒频移分量，计算微动速度具体包括如下步骤：2CN114152917A权利要求书2/3页(21)对雷达回波进行时频分析，选择对回波信号做WVD变换以获得更高的时频分辨率；(22)通过Hough变换对得到的时频分布图进行曲线检测，获取清晰的微动频率曲线：(i)读取时频图像，并转化为灰度图；(ii)边缘检测；(iii)将检测到的曲线映射到霍夫空间；(iv)在霍夫空间进行峰值检测，并重构微动曲线；(23)基于步骤(22)中得到的微动频率曲线，由瞬时多普勒频率计算瞬时速度：其中fd＝fm‑d+fu，fm‑d为目标微动频率，fu为平动频率；(24)采用时间序列中趋势项剔除的方法消除回波中的平动分量，仅保留微动分量。4.如权利要求1所述的基于相位测距目标跟踪的微多普勒特征提取方法，其特征在于，步骤(3)中，将步骤(2)中提取得到的微动速度引入到目标跟踪流程中，构造伪量测，进行序贯滤波，进一步精确微动航迹具体包括如下步骤：(31)由于雷达量测和目标运动状态之间是非线性关系，使用非线性滤波对目标进行跟踪估计效果较差，因此将极坐标系下的位置量测转换到直角坐标系下：(32)将微多普勒量测引入量测方程，构造伪量测其中，为量测向量；(33)时间更新；(i)容积点计算：其中ξj为基本容积点，由三阶容积原则获得基本容积点和对应权值：TM＝2nX，表示容积点总数，记nX维向量为e＝[1，0，......0]，符号[1]表示对e的元素全排列并改变元素符号产生的点集，[1]j表示点集中第j个元素；(ii)计算通过状态方程传播的容积点：(iii)状态预测、方差预测乔列斯基分解因子；3CN114152917A权利要求书3/3页其中ωj＝1/M，Tria(·)表示对矩阵基先求QR分解，再求其上三角矩阵的转置，SQ，k＝chol(Q)；(34)