雷达对海探测大船目标航迹的探测方法及存储介质

技术领域

本发明涉及雷达对海探测技术领域，具体地涉及一种雷达对海探测大船目标航迹的探测方法及存储介质。

背景技术

雷达对海探测可以对海面运动舰船目标进行大范围搜索和检测，获取海面舰船目标的位置、速度、行进方向等信息，实现对海面目标的检测、跟踪和定位。然而海面工作环境复杂，海杂波的统计特征并不稳定且通常情况下目标特性也未知，这给海面目标实现恒虚警检测、高精度定位带来很大的困难。

海面舰船目标大小不一，其中大型目标的后向散射截面积大，在信号处理中目标的输出信杂噪比较大，且在多波位观测中可见次数增加，有利于检测。但由于大型目标信杂噪比强，这也意味着，大型目标容易从波束主瓣边缘或者副瓣进入系统，而这类在波束主瓣边缘或副瓣检测到的目标原始点，测角误差增大，偏离测角真实值，导致观测到同一目标的原始点位置在方位向上分散，超出合理的凝聚范围，这种情况下，测角误差偏大的原始点参与到航迹形成中，大大降低了航迹的定位精度，使得航向航速估计不准确，特别地，分散的原始点会导致大船目标航迹分裂，形成虚假航迹，降低目标定位的精度，影响最终的海面侦察结果。

本申请发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术的上述方案具有降低目标定位精度的缺陷。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种雷达对海探测大船目标航迹的探测方法及存储介质，该雷达对海探测大船目标航迹的探测方法及存储介质具有提高大船目标定位精度的目的。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种雷达对海探测大船目标航迹的探测方法，包括：

获取雷达测量值；

判断所述雷达测量值是否为目标点；

在判断所述雷达测量为目标点的情况下，对所述目标点进行定位；

判断所述目标点是否为强点目标；

在判断所述目标点为强点目标的情况下，对所述目标点进行主瓣波束约束滤波，并输出合格目标点；

对所述合格目标点进行两维凝聚，以获得矩形区域以及所述矩形区域中的多个目标点；

根据所述合格目标点和所述矩形区域中的多个目标点生成有效目标点。

可选地，判断所述雷达测量值是否为目标点包括：

根据公式(1)计算所述雷达测量值的信杂噪比，

SCNR＝10lg(S)-10lg(C+N)，(1)

其中，SCNR为所述雷达测量值的信杂噪比，S为所述雷达测量值的信号能量，C为所述雷达测量值的背景杂波，N为所述雷达测量值的噪声能量；

判断所述雷达测量值的信杂噪比是否大于或等于检测门限值；

在判断所述雷达测量值的信杂噪比大于或等于检测门限值的情况下，判定所述雷达测量值为目标点，并对所述目标点进行定位；

在判断所述雷达测量值的信杂噪比小于检测门限值的情况下，判定所述雷达测量值为干扰，并舍弃所述目标点。

可选地，在判断所述雷达测量为目标点的情况下，对所述目标点进行定位包括：

根据公式(2)计算所述目标点的和波束和差波束的幅度比，

其中，μ为所述目标点的和波束和差波束的幅度比，Σ为所述目标点的和波束的复数形式，Σ＝Σ

根据所述目标点的和波束和差波束的幅度比值获取所述目标点的角度值。

可选地，在判断所述雷达测量为目标点的情况下，对所述目标点进行定位还包括：

根据公式(3)计算所述目标点的和波束和差波束的相位比，

其中，

判断所述目标点的和波束和差波束的相位比是否大于或等于0；

在判断所述目标点的和波束和差波束的相位比大于或等于0的情况下，判定所述角度值的符号为正；

在判断所述目标点的和波束和差波束的相位比小于0的情况下，判定所述角度值的符号为负。

可选地，判断所述目标点是否为强点目标包括：

根据公式(4)计算强点目标的门限值，

Th

其中，Th

判断所述目标点的信杂噪比是否大于所述强点目标的门限值；

在判断所述目标点的信杂噪比大于所述强点目标的门限值的情况下，判定所述目标点为强点目标；

在判断所述目标点的信杂噪比小于或等于所述强点目标的门限值的情况下，将所述目标点作为一般目标输出。

可选地，在判断所述目标点为强点目标的情况下，对所述目标点进行主瓣波束约束滤波，并输出合格目标点包括：

根据公式(5)计算主瓣波束约束滤波角度范围的阈值，

其中，θ

判断所述角度值的大小是否大于或等于所述阈值；

在判断所述角度值的大小大于或等于所述阈值的情况下，判定所述目标点位于主瓣波束范围内，并将所述目标点作为合格目标点输出；

在判断所述角度值的大小小于所述阈值的情况下，判定所述目标点不在主瓣波束范围内，并将所述目标点舍弃。

可选地，对所述合格目标点进行两维凝聚，以获得矩形区域以及所述矩形区域中的多个目标点包括：

根据公式(6)计算距离向凝聚单元范围，

其中，R

可选地，对所述合格目标点进行两维凝聚，以获得矩形区域以及所述矩形区域中的多个目标点还包括：

根据公式(7)计算方位向凝聚单元范围，

A

其中，A

根据所述距离向凝聚单元范围和所述方位向凝聚单元范围生成矩形区域。

可选地，根据所述合格目标点和所述矩形区域中的多个目标点生成有效目标点包括：

判断所述合格目标点的信杂噪比是否大于所述矩形区域中任意一个目标点；

在判断所述合格目标点的信杂噪比大于所述矩形区域中任意一个目标点的情况下，将所述合格目标点作为有效目标点输出；

在判断所述合格目标点的信杂噪比不是大于所述矩形区域中任意一个目标点的情况下，舍弃所述合格目标点。

另一方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行如上任一所述的探测方法。

通过上述技术方案，本发明提供的雷达对海探测大船目标航迹的探测方法通过先对雷达测量值是否为目标点进行判断，再明确该目标点是否为强点目标，若该目标点为强点目标，则需要进行主瓣约束滤波以及两维凝聚，以获取有效目标点，使得雷达检测结果进一步集中，有效地提高了大船目标的检测定位精度。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一个实施方式的雷达对海探测大船目标航迹的探测方法的流程图；

图2是根据本发明的一个实施方式的雷达对海探测大船目标航迹的探测方法中目标点判断方法的流程图；

图3是根据本发明的一个实施方式的雷达对海探测大船目标航迹的探测方法中目标点定位的流程图；

图4是根据本发明的一个实施方式的雷达对海探测大船目标航迹的探测方法中强点目标判断的流程图；

图5是根据本发明的一个实施方式的雷达对海探测大船目标航迹的探测方法中强点目标滤波的流程图；

图6是根据本发明的一个实施方式的雷达对海探测大船目标航迹的探测方法中有效目标点输出的流程图；

图7是根据本发明的一个实施方式的雷达对海探测大船目标航迹的探测方法中和差波束方向图和测角曲线；

图8是根据本发明的一个实施方式的雷达对海探测大船目标航迹的探测方法中主瓣约束滤波前后检测定位目标点的示例图；

图9是根据本发明的一个实施方式的雷达对海探测大船目标航迹的探测方法中主瓣约束滤波前后的航迹示例图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1是根据本发明的一个实施方式的雷达对海探测大船目标航迹的探测方法的流程图。在图1中，该探测方法包括：

在步骤S10中，获取雷达测量值。其中，雷达测量值为对海探测后，对海面舰船等大型目标的位置等信息的测量值。

在步骤S11中，判断雷达测量值是否为目标点。其中，先通过CFAR检测技术对雷达测量值进行初步判断，判断该雷达测量值是否为目标点，以实现初步的筛查。具体地，CFAR检测技术是保证虚警率为恒定值的条件下，使得检测概率达到最大，以此约束条件设定CFAR检测门限值，即目标点的判断阈值。

在步骤S12中，在判断雷达测量值为目标点的情况下，对目标点进行定位。其中，若雷达测量值为目标点，则需要对该目标点进行进一步地定位。

在步骤S13中，判断目标点是否为强点目标。其中，在经过CFAR检测技术确定目标点，进一步对目标点进行划分，判断其为强点目标，还是弱小目标。具体地，该弱小目标意为小型目标的目标点，输出该小型目标的目标点。

在步骤S14中，在判断目标点为强点目标的情况下，对目标点进行主瓣波束约束滤波，并输出合格目标点。其中，若目标点为强点目标，则需要对该强点目标进行主瓣波束约束滤波，以获得从波束主瓣进入的高质量的目标点，也即合格目标点。

在步骤S15中，对合格目标点进行两维凝聚，以获得矩形区域以及矩形区域中的多个目标点。其中，将主瓣波束约束输出的合格目标点进行多距离多方位角度的两维凝聚，进而可以获取到一个矩形区域以及矩形区域内的多个目标点。

在步骤S16中，根据合格目标点和矩形区域中的多个目标点生成有效目标点。其中，将合格目标点和矩形区域中的多个目标点进行比较，找出该矩形区域内部能量最强点，并作为有效目标点输出，作为雷达对大型目标的检测结果。

在步骤S10至步骤S16中，先对雷达测量值进行初步判断，判断该雷达测量值是否为目标点。若该雷达测量值为目标点，则对该目标点是否为强点目标进行进一步判断。若该目标点为强点目标，则对该强点目标进行主瓣约束滤波，并输出合格目标点。最后对该合格目标点进行两维凝聚，并获取两维凝聚形成的矩形区域中的有效目标点，也即大型舰船等大型目标的检测结果，该检测结果参与航迹定位，使得航迹更加集中，也更加准确。

传统的雷达对海探测时，大型船舶等目标信杂噪比强，大型目标容易从波束主瓣边缘或者副瓣进入系统，而这类在波束主瓣边缘或副瓣检测到的目标原始点，测角误差增大，偏离测角真实值，导致观测到同一目标的原始点位置在方位向上分散，超出合理的凝聚范围，进而导致航迹的定位精度差，使得航向航速估计不准确。在本发明的该实施方式中，采用对强点目标进行主瓣约束滤波的方式，可以保证大型目标检测输出的合格目标点为来自主瓣波束的高质量的雷达测量值，对雷达的检测结果进行筛选；同时采用两维凝聚使得雷达检测结果进一步筛选，以使得大船目标航迹获取更加地准确，提高了大船目标的检测定位精度，降低了虚警率。

在本发明的该实施方式中，在采用CFAR检测技术对雷达测量值是否为目标点的检测时，需要计算出该雷达测量值的信杂噪比(SCNR)，并对该雷达测量值的信杂噪比进行判断，具体地判断步骤可以如图2所示。具体地，在图2中，该探测方法还可以包括：

在步骤S20中，根据公式(1)计算雷达测量值的信杂噪比，

SCNR＝10lg(S)-10lg(C+N)，(1)

其中，SCNR为雷达测量值的信杂噪比，单位为分贝(dB)，S为雷达测量值的信号能量，C为雷达测量值的背景杂波，N为雷达测量值的噪声能量。

在步骤S21中，判断雷达测量值的信杂噪比是否大于或等于检测门限值Th。

在步骤S22中，在判断雷达测量值的信杂噪比大于或等于检测门限值Th的情况下，判定雷达测量值为目标点，并对目标点进行定位。其中，若雷达测量值的信杂噪比大于或等于检测门限值Th，则说明该雷达测量值为目标点，需要对该目标点进行定位。

在步骤S23中，在判断雷达测量值的信杂噪比小于检测门限值Th的情况下，判定雷达测量值为干扰，并舍弃目标点。其中，若雷达测量值的信杂噪比小于检测门限值Th，则说明该雷达测量值为干扰，设计该雷达测量值。

在步骤S20至步骤S23中，先计算出获取到的雷达测量值的信杂噪比，再将该信杂噪比与检测门限值Th进行大小比较，若该雷达测量值的信杂噪比大于或等于该检测门限值Th，则说明该雷达测量值为目标，反之则为干扰，进而实现对雷达测量值的初步判定和筛选，以获得到初步符合雷达检测结果要求的目标点。

在本发明的该实施方式中，在获取目标点后，还需要对目标点进行定位。具体地，根据单脉冲测角原理，和波束和差波束的比值和波束角度有一一对应关系，因此可根据该关系对目标点的测角值以及方向，即可实现对目标点的定位。具体地，目标点地测角值的获取步骤可如图3所示。具体地，在图3中，该探测方法可以包括：

在步骤S30中，根据公式(2)计算目标点的和波束和差波束的幅度比，

其中，μ为目标点的和波束和差波束的幅度比，Σ为目标点的和波束信号的复数形式，Σ＝Σ

在步骤S31中，根据目标点的和波束和差波束的幅度比值获取目标点的角度值。其中，在实际应用中，已知系统设计的天线和波束与差波束方向图，可以建立和波束和差波束的幅度比和波束角度的对应测角曲线，即可根据和波束和差波束的幅度比获取相应的测角值(也即目标点的角度值)，如图7示例所示。具体地，为了提高处理速度，也可以将测角曲线进行量化，以获得测角表格，通过查表的方式进行测角，更加地方便快捷。

在步骤S32中，根据公式(3)计算目标点的和波束和差波束的相位比，

其中，

在步骤S33中，判断目标点的和波束和差波束的相位比是否大于或等于0。

在步骤S34中，在判断目标点的和波束和差波束的相位比大于或等于0的情况下，判定角度值的符号为正。其中，若目标点的和波束和差波束的相位比大于或等于0，则说明目标点的角度值的符号为正。

在步骤S35中，在判断目标点的和波束和差波束的相位比小于0的情况下，判定角度值的符号为负。其中，若目标点的和波束和差波束的相位比小于0，则说明目标点的角度值的符号为负。

在步骤S30至步骤S35中，根据目标点的和波束和差波束的幅度比值，计算出目标点的角度值。再根据目标点的和波束和差波束相位比的大小，确定目标点的方向，即来自左或右半波束方向，进而可实现对目标点的可靠定位。

在本发明的该实施方式中，为了判断该目标点为一般目标还是强点目标，还需要对目标点进行进一步地筛选，具体地筛选步骤可以如图4所示。具体地，在图4中，该探测方法还可以包括：

在步骤S40中，根据公式(4)计算强点目标的门限值，

Th

其中，Th

在步骤S41中，判断目标点的信杂噪比是否大于强点目标的门限值。

在步骤S42中，在判断目标点的信杂噪比大于强点目标的门限值的情况下，判定目标点为强点目标。其中，若目标点的信杂噪比大于强点目标，则可以对该定位的目标点进行强点标记，并在后续进行滤波处理。

在步骤S43中，在判断目标点的信杂噪比小于或等于强点目标的门限值的情况下，将目标点作为一般目标输出。其中，若目标点的信杂噪比小于或等于强点目标的门限值，则说明该目标点为弱小目标(小型目标)，可以将弱小目标作为一般目标直接输出。这样的话，可以保证不丢失弱小目标，同时也能够抑制大型船舶等大型目标的航迹分裂。

在步骤S40至步骤S43中，获取强点目标的门限值，并将已经定位的目标点与该强点目标的门限值进行比较。若该目标点大于该强点目标的门限值，则判定该目标点为强点目标，并进行下一步地滤波处理。同时，若该目标点小于或等于该强点目标的门限值，则该目标点为弱小目标，直接输出。该种方式可保证在不丢失弱小目标的情况下，同时抑制大型目标的航迹分裂，适用性更广。

在本发明的该实施方式中，为了提高雷达检测结果的精度，还需要对强点目标进行滤波，以舍弃大型目标从波束主瓣边缘或者副瓣进入雷达系统的目标点。具体地滤波步骤可以如图5所示。具体地，在图5中，该探测方法还可以包括：

在步骤S50中，根据公式(5)计算主瓣波束约束滤波角度范围的阈值，

其中，θ

在步骤S51中，判断角度值的大小是否大于或等于阈值。

在步骤S52中，在判断角度值的大小大于或等于阈值的情况下，判定目标点位于主瓣波束范围内，并将目标点作为合格目标点输出。其中，由于能量强的大型目标容易从波束主瓣边缘或者副瓣进入雷达系统，而这类在波束主瓣或者副瓣进入的目标点，测角误差增大，偏离测角真实值，导致观测到同一目标的目标点位置在方位向角度上分散。这种情况下，分散的目标点参与到航迹形成中，会产生大船目标航迹分裂的问题，进而形成多条虚假航迹，降低目标定位的精度。因此，保留波束主瓣进入的高质量目标点，可以有效地抑制大型目标航迹分离。

在步骤S53中，在判断角度值的大小小于阈值的情况下，判定目标点不在主瓣波束范围内，并将目标点舍弃。其中，同理，舍弃从波束主瓣边缘或者副瓣进入的目标点，可以提高大型目标航迹的精度。

在步骤S50至步骤S53中，在计算出主瓣波束约束滤波角度范围的阈值后，将强点目标的角度值与该阈值进行比较。若该强点目标的角度值大于或等于该阈值的情况下，则说明该强点目标在主瓣波束范围内，保留该强点目标；反之则舍弃该强点目标。通过主瓣波束约束滤波角度范围的阈值限定强点目标的方式，能够降低主瓣边缘或者副瓣进入的目标点对大型目标航迹分裂的影响，即有效提高大型目标航迹的精度。具体地，主瓣约束前后大船目标多帧连续检测定位目标点结果可以如图8所示的示例，主瓣约束前后大船目标航迹结果可以如图9所示的示例。

在本发明的该实施方式中，在对强点目标进行主瓣波束约束后，还需要根据该符合约束条件的强点目标获取有效目标点，具体地步骤可以包括如图6所，具体地，在图6中，该探测方法可以包括：

在步骤S60中，根据公式(6)计算距离向凝聚单元范围，

其中，R

在步骤S61中，根据公式(7)计算方位向凝聚单元范围，

A

其中，A

在步骤S62中，根据距离向凝聚单元范围和方位向凝聚单元范围生成矩形区域。

在步骤S63中，判断合格目标点的信杂噪比是否大于矩形区域中任意一个目标点。

在步骤S64中，在判断合格目标点的信杂噪比大于矩形区域中任意一个目标点的情况下，将合格目标点作为有效目标点输出。其中，若合格目标点的信杂噪比大于矩形区域中任意一个目标点，则说明该合格目标点的能量最大，将该合格目标点作为有效目标点输出，即将该有效目标点作为雷达对大型目标的检测结果。

在步骤S65中，在判断合格目标点的信杂噪比不是大于矩形区域中任意一个目标点的情况下，舍弃合格目标点。其中，若合格目标点的信杂噪比不是大于矩形区域中任意一个目标点，则说明该合格目标点不是矩形区域中能量最大的，则对该合格目标点进行舍弃。具体地，按照输出能量最大(信杂噪比最大)的目标点为准则，输出矩形区域内能量最大的目标点为雷达对大型目标探测的检测结果，即可使得雷达对大型目标探测的检测结果位置更加集中，降低了大型目标航迹分裂的风险。

在步骤S60至步骤S65中，先获取两维凝聚的距离向凝聚单位范围和方位向凝聚单元方位，并根据该距离向凝聚单位范围和方位向凝聚单元方位获取两维凝聚的矩形范围，将该矩形范围内能力最大的目标点作为雷达检测结果即可。该种方式使得雷达对大型目标探测的检测结果位置更加集中，降低了大型目标航迹分裂的风险。

另一方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有指令，指令用于被机器读取以使得机器执行如上任一的探测方法。

通过上述技术方案，本发明提供的雷达对海探测大船目标航迹的探测方法通过先对雷达测量值是否为目标点进行判断，再明确该目标点是否为强点目标，若该目标点为强点目标，则需要进行主瓣约束滤波以及两维凝聚，以获取有效目标点，使得雷达检测结果进一步集中，有效地提高了大船目标的检测定位精度。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。