一種相參處理的安防監(jiān)控雷達(dá)系統(tǒng)的多目標(biāo)跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及一種相參處理的安防監(jiān)控雷達(dá)系統(tǒng)的多目標(biāo) 跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著雷達(dá)電子技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)在安防監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。雷達(dá)不僅 僅要針對單個(gè)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警，而且還需要對區(qū)域內(nèi)多個(gè)危險(xiǎn)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，并顯示目 標(biāo)軌跡，以便迅速準(zhǔn)確地將危險(xiǎn)目標(biāo)控制。傳統(tǒng)的安防監(jiān)控雷達(dá)一般采用微波對射雷達(dá)、 LFMCW(線性調(diào)頻連續(xù)波）雷達(dá)。微波對射雷達(dá)采用兩部雷達(dá)對立放置，兩部雷達(dá)間形成一 道電子墻，當(dāng)目標(biāo)穿越電子墻時(shí)，雷達(dá)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信息。微波對射雷達(dá)只能對進(jìn)入監(jiān)控 區(qū)域的目標(biāo)進(jìn)行報(bào)警，無法得到同時(shí)監(jiān)控多個(gè)目標(biāo)并對目標(biāo)軌跡進(jìn)行跟蹤。
[0003] LFMCW雷達(dá)體制，可以對危險(xiǎn)侵入目標(biāo)進(jìn)行檢測，但傳統(tǒng)的LFMCW雷達(dá)在面臨多個(gè) 目標(biāo)時(shí)，存在目標(biāo)距離和速度耦合的問題，這導(dǎo)致了距離分辨力的下降，而且會(huì)引起運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)測距誤差。它采用的三角波調(diào)頻連續(xù)波方式，見圖1所示。
[0004] 三角波的上升沿和下降沿中頻信號(hào)的頻率可分別表示如下：
[0005]
[0006] 其中，fb+為上升沿中頻回波信號(hào)頻率，fb為下降沿中頻回波信號(hào)頻率，f。為目標(biāo) 物體相對靜止時(shí)中頻信號(hào)的頻率，匕為多普勒頻移。
[0007] 根據(jù)圖1中三角形調(diào)頻關(guān)系可知：
[0008]
[0009] 其中，AF為掃頻帶寬，R為目標(biāo)距離，c為光速，T為調(diào)頻周期。
[0010] 多普勒頻移公式如下：
[0011]
[0012] f為發(fā)射信號(hào)載頻，V為目標(biāo)速度，公式（2)、（3)代入（1)得到上升沿和下降沿的 中頻回波信號(hào)，如下所示：
[0013]
[0014] 根據(jù)公式（4)可求得探測目標(biāo)的距離R和速度v:
[0015]
[0016] 當(dāng)雷達(dá)前方出現(xiàn)n個(gè)目標(biāo)時(shí)，回波信號(hào)是多個(gè)點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)的疊加，對上升沿 頻段頻譜分析可以得到n個(gè)譜峰，同理對下降沿頻段頻譜分析也可以得到n個(gè)譜峰，由于無 法得到兩族譜各譜線的對應(yīng)關(guān)系，實(shí)際上根本無法準(zhǔn)確得到目標(biāo)的距離、速度信息，無法解 決多目標(biāo)的跟蹤問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是傳統(tǒng)安防雷達(dá)存在的多目標(biāo)跟蹤問題。本發(fā)明的技術(shù) 方案是基于安防監(jiān)控雷達(dá)應(yīng)用需求提出的，通過設(shè)計(jì)一種信號(hào)相參的連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)，先 對目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，不同譜線包含了不同目標(biāo)的距離信息，然后對多個(gè)重復(fù)周 期同一距離單元的譜線進(jìn)行FFT(快速傅里葉變換）處理，得到目標(biāo)多普勒信息，也即得到 目標(biāo)的速度信息，最后通過目標(biāo)關(guān)聯(lián)算法，完成同時(shí)多個(gè)目標(biāo)的軌跡跟蹤。
[0018] -種相參處理的安防監(jiān)控雷達(dá)系統(tǒng)的多目標(biāo)跟蹤方法，所述安防雷達(dá)系統(tǒng)包括發(fā) 射天線、接收天線、前端、信號(hào)處理單元和顯控計(jì)算機(jī)，該方法的步驟具體如下：
[0019] 步驟1、由同一個(gè)時(shí)鐘對前端的中頻率源調(diào)制信號(hào)和信號(hào)處理單元的時(shí)序控制信 號(hào)進(jìn)行同步；
[0020] 步驟2、通過發(fā)射天線發(fā)射中頻率源調(diào)制信號(hào)，所述中頻率源調(diào)制信號(hào)經(jīng)目標(biāo)反射 后形成回波信號(hào)，通過接收天線接收回波信號(hào)，回波信號(hào)經(jīng)同一本振正交混頻后輸出接收1 通道和接收2通道的I、Q信號(hào)，并將所述I、Q信號(hào)輸出到信號(hào)處理單元；
[0021] 步驟3、信號(hào)處理單元對步驟2中的所述I、Q信號(hào)進(jìn)行處理，得到目標(biāo)的距離、速 度信息；
[0022] 步驟4、通過對步驟2中的接收1通道和接收2通道的I、Q信號(hào)進(jìn)行比相處理，得 到相位差，進(jìn)而根據(jù)相位差計(jì)算目標(biāo)相對雷達(dá)的方位角度；
[0023] 步驟5、根據(jù)步驟3、步驟4得到當(dāng)前幀目標(biāo)距離、速度、方位角度信息，形成對目標(biāo) 的跟蹤軌跡。
[0024] 進(jìn)一步的，所述步驟3、信號(hào)處理單元對步驟2中的所述I、Q信號(hào)進(jìn)行處理，得到 目標(biāo)的距離、速度信息具體為：信號(hào)處理單元對步驟2中的所述I、Q信號(hào)進(jìn)行FFT后，形成 不同距離單元的頻譜，通過動(dòng)目標(biāo)檢測對同一距離單元的信號(hào)進(jìn)行多普勒處理，經(jīng)過恒虛 警檢測和目標(biāo)聚類后提取得到目標(biāo)的距離、速度信息。
[0025] 進(jìn)一步的，步驟4中具體根據(jù)比相法測角的計(jì)算公式（7)計(jì)算目標(biāo)相對雷達(dá)的方 位角度；
[0026]
公式（7)
[0027] 其中，辦表示兩個(gè)接收通道的相位差，d為兩個(gè)接收天線中心的物理間隔，巾為目 標(biāo)相對雷達(dá)的方位角度，A為波長。
[0028] 進(jìn)一步的，步驟5、根據(jù)步驟3、步驟4得到當(dāng)前幀目標(biāo)距離、速度、方位角度信息， 形成對目標(biāo)的跟蹤軌跡具體為：根據(jù)步驟3、步驟4得到當(dāng)前幀目標(biāo)距離、速度、方位角度信 息，對當(dāng)前幀進(jìn)行濾波，并對下一幀的目標(biāo)距離、速度、方位角度信息進(jìn)行預(yù)測，利用預(yù)測信 息進(jìn)行上下幀之間的目標(biāo)關(guān)聯(lián)，形成對目標(biāo)的跟蹤軌跡，并將最終的處理結(jié)果輸出給顯控 計(jì)算機(jī)。
[0029] 進(jìn)一步的，步驟5中的目標(biāo)關(guān)聯(lián)方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0030] (1)根據(jù)目標(biāo)設(shè)定初始目標(biāo)濾波速度值；
[0031] (2)根據(jù)安防雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)測的目標(biāo)距離，利用濾波公式和預(yù)測公式，計(jì)算濾波距離 和預(yù)測距離。
[0032] 有益效果：
[0033] 本發(fā)明的多目標(biāo)跟蹤方法解決了安防監(jiān)控過程中多個(gè)目標(biāo)同時(shí)處理的問題，通過 目標(biāo)信息關(guān)聯(lián)能夠準(zhǔn)確跟蹤目標(biāo)，并在綜控設(shè)備上顯示目標(biāo)軌跡，降低了信號(hào)處理單元算 法的復(fù)雜性，不需要更改硬件系統(tǒng)，簡單易實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)成本低。
【附圖說明】
[0034] 圖1為傳統(tǒng)的三角波發(fā)射波形圖
[0035] 圖2為本發(fā)明的安防雷達(dá)系統(tǒng)組成框圖
[0036] 圖3為本發(fā)明的安防雷達(dá)系統(tǒng)原理圖
[0037] 圖4為本發(fā)明的多目標(biāo)跟蹤的信號(hào)處理單元流程圖
[0038] 圖5為本發(fā)明的比相法測角天線布局圖
[0039] 圖6為本發(fā)明的目標(biāo)關(guān)聯(lián)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明所提供的一種相參處理的安防監(jiān)控雷達(dá)多 目標(biāo)跟蹤方法進(jìn)行說明。
[0041] 由天線、前端、信號(hào)處理單元、顯控計(jì)算機(jī)四部分組成安防雷達(dá)系統(tǒng)，系統(tǒng)組成框 圖如圖2所示。
[0042] -種相參處理的安防監(jiān)控雷達(dá)系統(tǒng)的多目標(biāo)跟蹤方法，所述安防雷達(dá)系統(tǒng)包括天 線、前端、信號(hào)處理單元和顯控計(jì)算機(jī)，具體步驟如下：
[0043] 步驟1、