论文研究-并行Hough变换快速航迹起始.pdf

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Hough变换在航迹起始领域得到广泛应用,但在扫描次数较少时起始效果不佳。通过转变Hough变换处理结构和改变计数器累加方式,提出了一种并行Hough变换快速航迹起始算法。利用Hough变换将不同时刻的量测集合分别映射到参数空间,继而将空间中具有相同索引的各次累加结果构成累加向量,统计其非零元素的个数,如大于预先设定的门限,则用向量各元素求和作为累加结果,否则置零。将利用该方法获得最终的累加结果进行门限检测来确定是否起始航迹。仿真实验表明,该算法可在密集环境下快速准确地起始航迹。
鹿传国,冯新喜,孔云波:并行 Hough变换快速航迹起始 2013,49(4) 3并行 Hough变换的结构 Hough变换。 所谓并行结构,是指对雷达连续T次扫描而得的数据 步骤2设置累加向量,按3.2设定的规则对累加向量 集合{M}1同时进行 lough变换。从时间流程上来看,是进行处理得到最终的累加矩阵A(p,0) 空间设置上看,各 Hough变换处理器只要保证参数空间的果a≥y,则存储相应的(p,0)来起始门限y,如 同时进行的,这将会大大缩短 Hough变换的处理时间;从 步骤3门限检测确定航迹起始与否。设定I 方格容量和坐标划分相同,其他则互不影响 实验仿真 叫 Hough变换 假设雷达位于坐标原点,探测范围为一正方形区域,其 四个顶点的坐标分别为(0,0),(0,100),(100,0),(100,100) Hough变换 累加向量门限判决之的 单位:km:雷达的探测周期为T=6s,雷达的径向距离量 测误差和方位角量测误差为高斯白噪声,其标准差分别为 g=0.04 km, g=5m. rad Hough变换 规则 假设五个日标均作匀速直线运动,五个标的初始位 图2并行 lough变换结构图 置为(55,55),(45,55),(35,35),(25,45),(15,55),速度 相同,均为ν=0.5,ν=0。图3给出了各目标的真实运动 33参数空间累加方式 状态。 完成并行 Hough变换后,仍无法直接判定是否起始航 迹,还需要对航迹所得的叁数空间数值进行处理。为充分 利用和区分多次扫描数据的时序信息,抑制单次打描数据 0g8 的累加效应而引起的虚假航迹,釆用一个累加向量来存储 6 相应索引的多次扫描的加结果。如将该向量求和,则与 经典的 plough变换结果一致。 考察一条真实的航迹,在理想情况下,按照并行结构 Hough变换而得的累加向量应该具有一个明显的特点:各 1 分量均不等于零。然而量测误差不可避免,可能导致某些 1234567891 分量为零,鉴于量测误差的随机性,可认为大多数分量非 零的累加向量可进行航迹起始,即用累加向量非零元素的 图3Ⅱ标运动状态 个数作为航迹起始的依据之 每个周期的杂波个数是基于泊松分布确定的,文献[ 记第t次扫描数据M的 Hough变换得到的参数空间给出了生成服从λ泊松分布整数的具体原理,也可采用 累加矩阵为A(P,O)=(a1,)nx,其中m=1,2,…,Nn,n MATLAB自带的 poisson命令,并使得杂波目的区域内均 匀分布。图4给出了4=50时各时刻杂波的分布情况。 对应于参数空间任一索引(i,j,均设定累加向量 (7) 对于L的第t个分量a,如果a,=0,则表明t时刻量测 *1, 三6 数据集合中无(,)对应航迹的点迹信息;如果a>0 么E五.二 一△ 则代表:时刻的量测数据集合中包含(p,0)对应航迹上的 点迹信息。 2 1 基于上述原理,设定如下规则来对累加向量进行处理 上2+5 1234567 1)根据选择的参数空间划分情况,初始化存储累加 x/10m 矩阵A(n,)=(n)mx,用来存储最终的累加结果。 图4杂波分布图 (2)统计累加向量L中非零元素的个数p,设定门限g, 参数空间的划分为N=200,N6=200,门限为4。 如果p≥q,则令a为L各元素的和值,即a1-∑a,k;如 (1)比铰算法参数空间的累加情况 图5给出了真实目标和杂波经过经典 Hough变换、文 P<q,则an=0 献[1改进的 Hough变换和本文提出的 Hough变换算法在 3.4航迹起始流程 参数空间的累加情况。 并行 Slough变换航迹起始算法可归结如下 将图5中的(b)、(c)、(d)三图分别与(a)进行对比,不 步驟1将多次扫描数据集合按图2所示方式并进行难发现,图(d)与真实凵标的累加结果最为相似;从参数室 013,49(4) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 086420 200 150 200 150 100 150 150 50 100 (a)真实目标 lough变换累加结果图 (b)目标和杂波 lough变换累加结果图 642 200 200 100 150 100 c)文献[1算法累加结朵图 (d)本文算法累加结果图 图5参数空间的累加结果对比图 10 8 日 日 2 a°a 345678910 12345678910 0 5678910 x:/104m /0 m (a) Hough变换起始 (b)文献[11算法 (c)本文算法 图6航迹起始结果图 间累加的峰值来看,(b)>(d)≯(c),是(b)中的峰值簇拥利用了航迹成直线这一几何特征来航迹起娢的,而在传感 极为严重,带来的直接后果是漏起始和虚假起始;而(c)中器扫描次数较少的情况下真头航迹这一特征并不明显,使 的累加峰值过小,大大降低了参数空间的分辨率,d)可以得参数空间中的累积峰值并不突出;另外,复杂的战场环 在峰值和分辨率上获得有效的折中。 境和电子战的强干扰往往会使得真实的航迹淹没于大量 (2)考查算法航迹的起始结果 的杂波中。本文所提出的并行的 Hough变换起始,引入 图6给出了标准 Hough变换、文献[提 Hough变累加向量”来分析各时刻量测集合的参数空间累加情况 换、本文所提并行 Hough变换三种算法的航迹起始结果 图中用黑色实线标示出了真实航迹所在 通过增加对累加向量的非零元素数目的限制来确定是否 对比三图不难发现, Hough变换在密集杂波下虽可以将累加向量各元素求和作为最终的累加结果,与经典 检测出真实航迹,但仍保留了大量的杂波,继而造成严重Houg变换直接求和的累加方式相比,有效克服单次量测 的虚假起始;文献Ll1提算法尽管一定程度上减少了杂 集合的累加效应,更为高效地起始航迹 波,但效果并不显著;而本文所提出的算法则叮以有效抑 具体到算法的起始性能来看:在运算时间上,主要是 制杂波的影响。 增加了 Hough变换的处理单元,并行的数据处理方式大大 缩短了运算时间;在航迹起始时间上,在仅利用4次扫描数 5结束语 据的情况下也可获得很好的起始效果;在杂波抑制能力上, Hough变换是一种有效的航迹起始方法,它主要是 (下转17页

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