PROCEDIMIENTO DE DETECCIÓN DE OBJETOS MÚLTIPLES APLICADO EN PARTICULAR A RADARES DE VIGILANCIA CON FORMACIÓN DE HACES MÚLTIPLES EN ELEVACIÓN.

Procedimiento de detección de objetivos múltiples aplicado en particular a radares de vigilancia con formación de haces múltiples en elevación La presente invención versa acerca de un procedimiento de radar para detectar objetivos. Puede aplicarse a radares de vigilancia, por ejemplo con multiformación de haces en elevación y, más generalmente, a todo tipo de radares. En nuestro ejemplo, tal como se da en este documento, un radar de vigilancia consiste en un radar multihaz con una antena giratoria cuya misión es detectar objetivos a larga distancia. Convencionalmente, los seguimientos de objetivos se forman combinando trazados de objetivos extraídos de la señal de radar recibida en barridos separados usando un filtro de seguimiento y una lógica de inicio de seguimiento. Después, la detección tradicional de objetivos implica establecer un valor umbral en tres etapas: establecer un valor umbral de la intensidad de la señal a nivel de eco, establecer un valor umbral después de la integración binaria a nivel de trazado y establecer un valor umbral después de la integración binaria a nivel de seguimiento. La detección de objetivos en un solo barrido de un sistema de radar de vigilancia se lleva a cabo por medio de la integración binaria de detecciones de objetivos, lo que se denomina ecos, en intervalos consecutivos coherentes de procesamiento de un barrido. Cada barrido de un radar de vigilancia consiste en un gran número de intervalos coherentes de procesamiento, o ráfagas, cada uno de los cuales cubre un intervalo de acimut. Dado que la abertura angular en acimut del haz de radar es típicamente varias veces el tamaño del intervalo de acimut cubierto por una ráfaga, la señal del objetivo estará presente en varias ráfagas consecutivas de un barrido, las Nb ráfagas sobre el objetivo. En el caso de un radar Doppler de impulsos de vigilancia, la señal recibida en una trama de impulsos Doppler se obtiene de cada ráfaga después de un muestreo apropiado del alcance y la aplicación de un banco de filtros Doppler. A cierto alcance y a cierta velocidad Doppler en esta trama se declara la detección de un eco si la señal recibida está por encima del umbral que garantice un una probabilidad predeterminada constante de falsas alarmas a nivel de eco. Se declara una detección de un objetivo en un barrido, un trazado si, para el mismo alcance y la misma velocidad Doppler, hay Nh ecos en Nb ráfagas consecutivas. En el caso de que se reciba la señal usando una formación electrónica simultánea multihaz en elevación, también se requiere que los ecos se originen de la señal recibida en el mismo haz de elevación. Los parámetros Nh y Nb y el umbral a nivel de eco se escogen de tal manera que se garantice una cierta probabilidad de falsas alarmas a nivel de trazado. A continuación, se usa un trazado del objetivo para iniciar un filtro de seguimiento. Se usa la predicción del filtro de seguimiento para barridos subsiguientes para identificar trazados de posibles objetivos que pueden estar asociados con el seguimiento. Después de Ns barridos (incluyendo el barrido que produjo el trazado inicial), se declara la detección confirmada del seguimiento del objetivo si hay Np trazados de los posibles Ns asociados con el seguimiento. Los parámetros Np y Ns y la probabilidad de falsas alarmas a nivel de trazado se escogen de tal manera que se garantice una cierta probabilidad de falsas alarmas a nivel de seguimiento. Otra solución para detectar objetivos consiste en remplazar el modelo convencional de detección de seguimientos en tres etapas con el modelo de seguimiento previo a la detección de una sola etapa, denominado TBD, que implica únicamente el establecimiento de un valor umbral de intensidad de la señal a nivel de seguimiento. En este modelo de TBD, el objetivo es establecer un valor umbral de la señal integrada del objetivo presente a la elevación, el alcance y la velocidad Doppler del objetivo en las Nb ráfagas sobre el objetivo de los Ns barridos sobre los que integramos. Es bien conocido que demorando el establecimiento del umbral y, por ello, permitiendo que se acumule la señal del objetivo, puede lograrse una gran mejora en la probabilidad de detección con respecto a los modelos tradicionales de detección de seguimiento en múltiples etapas con igual probabilidad de falsas alarmas. El modelo de seguimiento previo a la detección se describe, por ejemplo, en Blackman, S.S. y Popoli, R «Design and Analysis of Modern Tracking Systems», Norwood, Massachusetts: Artech House, 1999. Puede definirse el espacio tetradimensional de medición como dividido en células con alcance-acimut-elevaciónvelocidad Doppler, o células de radar. El tamaño de una célula de radar es igual en alcance y Doppler a la del colector de alcance-Doppler, al intervalo de acimut de una ráfaga en acimut y a la abertura angular en altura del haz en elevación. Los centros de las células de radar coinciden en alcance y en Doppler con los centros de los colectores de alcance-Doppler de la trama de alcance-Doppler, y en elevación con los centros de los haces en elevación. En el caso de un número impar de ráfagas sobre el objetivo Nb, los centros de las células de radar en acimut coinciden con los de los intervalos en acimut de las ráfagas. Sin embargo, en el caso de un número par de ráfagas sobre el objetivo, las células de radar están centradas en los bordes de los intervalos de acimut de las ráfagas. Esto permite definir que la señal medida en una célula de radar es la suma de las Nb mediciones de potencia de las Nb ráfagas más cercanas al acimut de las células de radar en el colector de alcance-Doppler y un haz en elevación correspondiente al alcance, Doppler y elevación de las células de radar. Por ello, puede proyectarse en las células de radar la señal integrada sobre las ráfagas sobre el objetivo. Volviendo al tema del radar de TBD para vigilancia, el problema encontrado en la práctica es, en primer lugar, que cada célula de radar de un barrido podría ser el origen de un nuevo seguimiento que, después de procesar Ns 2 ES 2 365 703 T3 barridos, puede llevar a una detección de seguimiento. Dependiendo de los parámetros del radar de vigilancia, como la cobertura del alcance y el tamaño de la ventana de alcance y el número de ráfagas por barrido, el número de células de radar en un barrido y, por ende, el número de puntos potenciales de inicio puede alcanzar los 109. Partiendo de una célula de radar, el área tetradimensional a la que puede haberse movido el objetivo puede consistir perfectamente en varios cientos de células de radar en el siguiente barrido, número que aumenta exponencialmente con cada barrido en el periodo de integración. Así, junto al problema de la cantidad ingente de puntos potenciales de inicio en cada barrido, es también un problema de encontrar la señal de seguimiento en los siguientes barridos del periodo de integración. Cuando se aplica a sensores electroópticos en los que el TBD tiene tramas bidimensionales de datos como entrada en una tasa de actualización relativamente elevada, el problema de encontrar la señal del objetivo en múltiples tramas puede ser todavía abordado valiéndose de técnicas de fuerza bruta. Partiendo de todos los píxeles de la primera trama del periodo de integración, estas técnicas simplemente integran las intensidades de los píxeles en las tramas siguientes para todas las trayectorias dinámicamente posible del objetivo. Debido a la gran tasa de actualizaciones, el tiempo de integración es relativamente corto, permitiendo que las trayectorias dinámicamente posibles del objetivo se restrinjan a trayectorias de velocidad constante. Dado que, en la mayoría de los casos, el número máximo de píxeles que puede moverse un objetivo durante el tiempo de integración es pequeño, el número de velocidades discretas que llevan a una suma única de intensidad de los píxeles será limitado, permitiendo una restricción adicional del número de trayectorias posibles que deben intentarse. Ejemplos de estas técnicas de fuerza bruta son la transformada de Hough (descrita en Smith, M. C. «Feature Space Transform for Multitarget Detection» Proc. IEEE Conf. On Decision and Control, Albuquerque, Nuevo México, diciembre de 1980, pp. 835-836), los bancos de filtros de velocidad (descritos en Stocker, A. D. y Jansen, P. «Algorithms and Architectures for Implementing Large Velocity Filter Bank» Proc. SPIE Conf. On Signal and Data Processing of Small Targets, 1991, pp. 140-155) y algoritmos de programación dinámica (descritos, por ejemplo, en Arnold J. et al «Efficient Target Tracking Using Dynamic Programming» IEEE Trans. On Aerospace and Electronics Systems, vol. 29, nº 1, enero de 1993, pp. 44-56). Sin embargo, tal como se ha mencionado con anterioridad, las técnicas de TBD aplicadas son técnicas de fuerza bruta que... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la detección de un objetivo con un radar, comprendiendo el radar medios de transmisión para generar ráfagas de impulsos de radar, consistiendo cada barrido de radar en un número (Nb(k)) de ráfagas, caracterizado porque, para cada barrido k: en una primera etapa, las células de radar son preseleccionadas por un proceso de detección; en una segunda etapa, se inicia un proceso de seguimiento previo a la detección sobre las células de radar preseleccionadas usando un filtro de seguimiento para construir una ventana de validación asociada con el siguiente barrido k+1; en una tercera etapa, los datos que estén dentro de la ventana de validación del barrido k+1 se usan para actualizar el proceso de seguimiento previo a la detección y se usan para construir la ventana de validación asociada con el siguiente barrido k+2. siendo repetida la tercera etapa de barrido en barrido. 2. El procedimiento reivindicado en la reivindicación 1 caracterizado porque el proceso de seguimiento previo a la detección procesa datos no tratados dentro de la ventana de validación durante un número limitado de barridos remontándose en el tiempo y avanzando en el tiempo. 3. El procedimiento reivindicado en la reivindicación 2 caracterizado porque el proceso de seguimiento previo a la detección procesa los datos no tratados dentro de la ventana de validación durante Ns - 1 barridos remontándose en el tiempo y, subsiguientemente, Ns - 1 barridos avanzando en el tiempo. 4. El procedimiento reivindicado en una de las reivindicaciones 2 o 3 caracterizado porque los datos no tratados que están dentro de la ventana de validación son transformados en un trazado virtual caracterizado por una posición en alcance, una velocidad Doppler, una posición en elevación, una posición en acimut y una intensidad de la señal integrada, usándose esta información de alcance, de velocidad Doppler, de elevación y de acimut como entrada para el filtro de seguimiento, usándose la intensidad de la señal integrada junto con las intensidades de señales integradas de otros barridos para establecer un valor umbral a nivel de seguimiento. 5. El procedimiento reivindicado en la reivindicación 4 caracterizado porque la intensidad de la señal integrada es una suma de integración sumE de Ns barridos con Nb(k) ráfagas sobre el objetivo en cada barrido, siendo la suma de integración sumE cuyo valor umbral debe establecerse, lo que lleva a una detección de seguimiento, igual a una suma de mediciones independientes x(k,b) de potencia distribuida de Rayleigh: Ns Nb ( k ) SumE = k=1 b=1 x( k,b) 6. El procedimiento reivindicado en una de las reivindicaciones 2 o 3 caracterizado porque los datos no tratados que están dentro de la ventana de validación son transformados en un trazado virtual caracterizado por una posición en alcance, una velocidad Doppler, una posición en elevación, una posición en acimut y una intensidad de la señal integrada, usándose esta información de alcance, de velocidad Doppler, de elevación y de acimut como entrada para el filtro de seguimiento, usándose la intensidad de la señal integrada junto con los datos de posición para calcular una probabilidad, usándose esta probabilidad, junto con la probabilidad de otros barridos para establecer un valor umbral a nivel de seguimiento. 7. El procedimiento reivindicado en una de las reivindicaciones 2 o 3 caracterizado porque los datos no tratados que están dentro de la ventana de validación son introducidos en el filtro de seguimiento que calcula la densidad de probabilidad condicional del estado teniendo en cuenta los datos de la medición, usándose esta densidad de probabilidad para estimar el estado del objetivo y la probabilidad de la presencia del objetivo, usándose esta para establecer un valor umbral a nivel de seguimiento. 8. El procedimiento reivindicado en una de las reivindicaciones 6 o 7 caracterizado porque la probabilidad integrada de Ns barridos para los que se ha de establecer un valor umbral, lo que lleva a una detección de seguimiento, es igual al producto de las probabilidades de los barridos separados. 9. El procedimiento reivindicado en una de las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado porque el filtro de seguimiento es un filtro recursivo. 10. El procedimiento reivindicado en una de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado porque el filtro de seguimiento es un filtro de Kalman. 11. El procedimiento reivindicado en la reivindicación 9 caracterizado porque el filtro de seguimiento es un filtro de partículas. 13 ES 2 365 703 T3 12. El procedimiento reivindicado en una de las reivindicaciones 1 a 11 caracterizado porque el filtro de seguimiento: selecciona (31) los datos de cada barrido que tienen que ser considerados para su asociación; asocia (32) de los datos dentro de la ventana de validación los datos que es más probable que se han originado del objetivo en el seguimiento; actualiza (33) los atributos de seguimiento con los datos asociados; predice (34) los atributos de seguimiento en el barrido siguiente a partir de los atributos actualizados de seguimiento. 13. El procedimiento reivindicado en la reivindicación 12 caracterizado porque el resultado de los seguimientos de filtrado, los atributos predichos de seguimiento, se usa para construir la ventana de validación y esta ventana de validación se usa para seleccionar los datos no tratados que han de ser usados para la actualización del siguiente seguimiento. 14. El procedimiento reivindicado en las reivindicaciones 13 o 12 caracterizado porque los atributos de seguimiento comprenden atributos cinemáticos. 15. El procedimiento reivindicado en una de las reivindicaciones 12 a 14 caracterizado porque los atributos de seguimiento comprenden atributos energéticos. 16. El procedimiento reivindicado en una de las reivindicaciones 12 a 15 caracterizado porque, cuando se inicia un seguimiento, los atributos actualizados de seguimiento son actualizados sobre los atributos de la célula preseleccionada. 17. El procedimiento reivindicado en la reivindicación 5 y en una de las reivindicaciones 12 a 16 caracterizado porque se borra un seguimiento cuando la suma de integración sumE está por debajo del umbral para varios barridos en una serie de barridos consecutivos. 18. El procedimiento reivindicado en la reivindicación 8 y en una de las reivindicaciones 12 a 16 caracterizado porque se borra un seguimiento cuando la probabilidad integrada de Ns barridos está por debajo del umbral para varios barridos consecutivos. 19. El procedimiento reivindicado en una de las reivindicaciones 12 a 18 caracterizado porque se aplica a un radar de vigilancia con formación de haces en elevación. 14 ES 2 365 703 T3 ES 2 365 703 T3 16 ES 2 365 703 T3 17 ES 2 365 703 T3 18