本發(fā)明屬于雷達(dá)，特別涉及一種動(dòng)目標(biāo)檢測前跟蹤方法，可用于天基分布式視頻合成孔徑雷達(dá)地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)陰影檢測與跟蹤。

背景技術(shù)：

1、視頻合成孔徑雷達(dá)sar是一種典型的高幀率成像系統(tǒng)，其能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)視熱點(diǎn)區(qū)域且持續(xù)跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。因此，視頻sar在外界環(huán)境態(tài)勢感知和地面動(dòng)目標(biāo)指示gmti中具有較大應(yīng)用潛力。近年來，天基視頻sar因其生存能力強(qiáng)，探測范圍廣且不受國土限制的因素而受到廣泛關(guān)注。

2、然而，天基視頻sar仍面臨一些問題與挑戰(zhàn)，尚未得到有效解決。一方面，天基視頻sar面臨高幀率成像與遠(yuǎn)距離探測的矛盾。在保證成像方位分辨率的前提下，提高雷達(dá)工作載頻是提升成像幀率的一種有效途徑。然而，受電磁波大氣衰減的影響以及目前高頻器件功率水平的限制，高頻段sar系統(tǒng)的探測距離嚴(yán)重受限。常規(guī)單部天基視頻sar無法同時(shí)兼顧高幀率成像與遠(yuǎn)距離探測的應(yīng)用需求。另一方面，天基視頻sar也面臨高分辨成像與高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)探測的矛盾。視頻sar實(shí)現(xiàn)方位高分辨的一種有效途徑是提升合成孔徑長度以獲得更大的積累角。但是長合成孔徑將導(dǎo)致高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)更嚴(yán)重的距離徙動(dòng)和成像散焦。此外在視頻sar中，長合成孔徑也會(huì)使得高速動(dòng)目標(biāo)的陰影面臨邊界模糊、與背景對比度下降等問題，甚至無法形成可見陰影。因此通過增大合成孔徑來提高方位分辨率的方法不利于對高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的檢測與跟蹤。

3、目前，有關(guān)天基視頻sar動(dòng)目標(biāo)檢測跟蹤的文獻(xiàn)報(bào)道較少，主要有以下兩種技術(shù)：

4、一是蔡雪蓮在論文“高低軌協(xié)同雙基video-sar成像與目標(biāo)跟蹤方法研究”中提出了一種基于高低軌協(xié)同視頻sar成像模型的動(dòng)目標(biāo)航跡生成方法。其方案是在雜波對消后，根據(jù)第一幀雙通道檢測結(jié)果確定目標(biāo)的初始位置和速度，并采用基于局部加權(quán)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃檢測前跟蹤算法生成目標(biāo)航跡。

5、二是李錦偉在論文“一種星載視頻sar動(dòng)目標(biāo)恒虛警檢測方法”中提出了一種單通道星載視頻sar圖像序列運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測流程。該方法主要步驟包括預(yù)處理、變化檢測因子計(jì)算、單幀檢測門限確定、單幀檢測融合及運(yùn)動(dòng)軌跡檢測。在保證檢測虛警率恒定情況下，合理利用sar圖像的統(tǒng)計(jì)特性和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測。

6、然而，上述兩種方法均研究單平臺天基視頻sar動(dòng)目標(biāo)檢測問題，未考慮實(shí)際天基視頻sar系統(tǒng)存在的高幀率成像與遠(yuǎn)距離探測、高分辨成像與高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)探測的兩大矛盾，影響對動(dòng)目標(biāo)的檢測和跟蹤性能特別是對高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的檢測跟蹤能力的進(jìn)一步提高，從而導(dǎo)致其應(yīng)用受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種天基分布式視頻sar地面動(dòng)目標(biāo)聯(lián)合檢測前跟蹤方法，提升對動(dòng)目標(biāo)的檢測跟蹤性能，特別是提升對高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的檢測跟蹤能力。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)步驟包括如下：

3、(1)構(gòu)建協(xié)同探測模型：

4、設(shè)置n部視頻sar，這些天基視頻sar保持恒定的間距以直線構(gòu)型運(yùn)動(dòng)，并采用聚束模式觀測同一目標(biāo)區(qū)域；

5、設(shè)計(jì)差頻δf，用于發(fā)射一系列時(shí)間同步且有極小差頻的瞬時(shí)頻分正交線性調(diào)頻連續(xù)波信號，且在接收時(shí)每部天基視頻sar通過正交隔離只保留與自身載頻對應(yīng)的回波信號；

6、(2)設(shè)天基分布式視頻sar系統(tǒng)共進(jìn)行m次觀測，在第k和第k+1次觀測中，通過對多部天基視頻sar形成的多個(gè)短合成孔徑進(jìn)行順序串聯(lián)拼接構(gòu)造兩個(gè)滿足dpca條件的等效長合成孔徑αk和βk+1；

7、(3)采用以極坐標(biāo)格式化為代表的頻域成像算法分別對等效長合成孔徑αk和βk+1進(jìn)行聚焦得到兩孔徑對應(yīng)的視頻sar圖像和最終獲得兩組視頻sar圖像序列和通過圖像對消獲得靜止雜波抑制后的差值視頻sar圖像序列π＝{δi1,...,δik,...,δim-1}，其中為第k次獲得的差值視頻sar圖像；

8、(4)在差值視頻sar圖像δi1和δi2上分別進(jìn)行預(yù)檢測和聚類，并基于距離向坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)同一動(dòng)目標(biāo)陰影和能量的匹配，分別得到圖像δi1、δi2陰影預(yù)檢測點(diǎn)集γ1、γ2：

9、

10、其中r＝1,...,r，q＝1,...,q，r和q分別為δi1和δi2上的預(yù)檢測點(diǎn)總數(shù)，分別為δi1和δi2上第r個(gè)和第q個(gè)陰影檢測點(diǎn)，和分別為δi1和δi2上同一動(dòng)目標(biāo)陰影檢測點(diǎn)和能量檢測點(diǎn)的方位偏移量；

11、(5)基于陰影預(yù)檢測點(diǎn)集γ1和γ2通過速度匹配實(shí)現(xiàn)狀態(tài)初始化，得到陰影初始狀態(tài)集其中為第一幀第m個(gè)候選目標(biāo)的陰影初始狀態(tài)，mt是待跟蹤的候選目標(biāo)總數(shù)；

12、(6)基于第一幀第m個(gè)候選目標(biāo)的陰影初始狀態(tài)在m-1幀視頻sar圖像序列上進(jìn)行陰影和能量聯(lián)合值函數(shù)積累：

13、(6a)設(shè)當(dāng)前幀為第h幀，其中h∈[1,m-1)；

14、(6b)對第h幀中的陰影狀態(tài)進(jìn)行幀間狀態(tài)轉(zhuǎn)移，得到第h+1幀中的陰影狀態(tài)

15、

16、其中i2為二階單位矩陣，表示矩陣的kronecker積,δx和δy分別為x方向和y方向的加速過程噪聲，δt為相鄰兩幀的時(shí)間間隔；

17、(6c)將第h+1幀中的第m個(gè)候選目標(biāo)的陰影狀態(tài)映射為能量狀態(tài)

18、(6d)聯(lián)合陰影狀態(tài)和能量狀態(tài)進(jìn)行值函數(shù)積累，得到累積值

19、

20、其中為逆陰影幅度，為能量幅度，是第h幀中所有可以轉(zhuǎn)移至狀態(tài)的狀態(tài)集合；

21、(7)重復(fù)步驟(6)將值函數(shù)積累至第m-1幀，再將其與設(shè)定的檢測門限vα進(jìn)行比較，判斷待檢測目標(biāo)是否存在：

22、若則第m個(gè)待檢測目標(biāo)存在，并回溯其在m-1幀中的軌跡，

23、否則，待檢測目標(biāo)不存在；

24、(8)重復(fù)步驟(7)，完成mt個(gè)待檢測目標(biāo)的聯(lián)合檢測前跟蹤。

25、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

26、1)本發(fā)明通過將多部天基視頻sar形成的多個(gè)短合成孔徑順序串聯(lián)拼接為等效長合成孔徑的方式，在保證成像分辨率的前提下極大縮短了成像時(shí)間，不僅可使在低頻波段也能獲得較高的成像幀率，避免天基視頻sar高幀率成像與遠(yuǎn)距離探測的矛盾，而且更利于高度機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測，避免天基視頻sar高分辨成像與高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)探測的矛盾；

27、2)本發(fā)明在對地面動(dòng)目標(biāo)探測中進(jìn)行聯(lián)合陰影與能量的檢測前跟蹤，可利用動(dòng)目標(biāo)多維度特征實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健探測，提升天基視頻sar對地面動(dòng)目標(biāo)的探測能力。

技術(shù)特征：

1.一種天基分布式視頻sar動(dòng)目標(biāo)聯(lián)合檢測前跟蹤方法，其特征在于，包括如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(1)中的差頻δf設(shè)計(jì)原則如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，步驟(2)中構(gòu)造兩個(gè)滿足dpca條件的等效長合成孔徑αk和βk+1，其表示如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，步驟(4)中在差值視頻sar圖像δi1和δi2上分別進(jìn)行預(yù)檢測和聚類，并基于距離向坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)同一動(dòng)目標(biāo)陰影和能量的匹配，實(shí)現(xiàn)步驟包括如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，步驟(5)基于陰影預(yù)檢測點(diǎn)集γ1和γ2通過速度匹配實(shí)現(xiàn)狀態(tài)初始化，實(shí)現(xiàn)步驟包括如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，步驟(6c)中將第h+1幀中的第m個(gè)候選目標(biāo)的陰影狀態(tài)映射為能量狀態(tài)實(shí)現(xiàn)步驟包括如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種天基分布式視頻SAR動(dòng)目標(biāo)聯(lián)合檢測前跟蹤方法，主要解決單平臺天基視頻SAR系統(tǒng)中高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測跟蹤能力受限的問題。其實(shí)現(xiàn)方案為：構(gòu)建天基分布式視頻SAR協(xié)同探測模型；對模型中多部天基視頻SAR形成的短合成孔徑進(jìn)行順序串聯(lián)構(gòu)造兩個(gè)等效長合成孔徑，并對其進(jìn)行成像聚焦得到圖像，再經(jīng)對消處理獲得靜止雜波抑制后的差值視頻SAR圖像序列；對該序列的差值圖像進(jìn)行預(yù)檢測、聚類和匹配獲取陰影預(yù)檢測點(diǎn)集；對預(yù)檢測點(diǎn)進(jìn)行速度匹配實(shí)現(xiàn)狀態(tài)初始化；基于陰影初始狀態(tài)進(jìn)行陰影和能量聯(lián)合值函數(shù)積累；依據(jù)累積值判決出目標(biāo)。本發(fā)明極大縮短了成像時(shí)間，提升了對動(dòng)目標(biāo)的探測能力，可用于天基分布式視頻合成孔徑雷達(dá)地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測與跟蹤。

技術(shù)研發(fā)人員：溫利武,王宇,趙梁博,丁金閃,王國苗,匡輝,毛永飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9