專利名稱：基于距離-多普勒譜的電離層雜波區(qū)域識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電離層雜波區(qū)域識(shí)別方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)高頻雷達(dá)發(fā)射信號(hào)或目標(biāo)回波信號(hào)中部分能量沒有沿海面?zhèn)鞑?，而是“泄漏”?電離層，并由電離層反射后通過(guò)不同路徑反射回雷達(dá)接收機(jī)，現(xiàn)有的高頻雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的 傳播路徑有四種，如圖1-圖4所示，其中圖1所示是天地路徑的信號(hào)傳播路線示意圖，圖 2所示是天海地路徑的信號(hào)傳播路線示意圖，圖3所示是海天地路徑的信號(hào)傳播路線示意 圖，圖4所示是天海天地路徑的信號(hào)傳播路線示意圖，從而形成電離層雜波。電離層雜波幾 乎可以影響到IOOkm距離外雷達(dá)探測(cè)范圍內(nèi)的所有區(qū)域的RD譜。實(shí)際觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論從強(qiáng) 度還是影響范圍來(lái)講，電離層雜波都是影響高頻雷達(dá)檢測(cè)性能的主要背景雜波。以往的研 究中，主要利用電離層的方向特性、空-時(shí)特性、極化特性、或利用輔助天線對(duì)電離層干擾 進(jìn)行抑制處理。以空時(shí)自適應(yīng)處理(STAP)方法為例，在處理過(guò)程中一般先通過(guò)對(duì)多次掃描 得到的(雜波)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練從而得到電離層雜波的統(tǒng)計(jì)信息，然后利用該信息對(duì)當(dāng)前數(shù) 據(jù)中的雜波進(jìn)行對(duì)消。但實(shí)際處理過(guò)程中，即使雜波具有一定方向性，也很難事先預(yù)估雜波 方位，因此對(duì)消過(guò)程往往是對(duì)全方向數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。顯然，對(duì)于含有雜波的區(qū)域進(jìn)行處理， 可以得到較理想的結(jié)果，但對(duì)沒有被污染的(距離或Doppler)區(qū)域進(jìn)行上述處理就難免將 目標(biāo)也當(dāng)作雜波對(duì)消掉。其次，訓(xùn)練數(shù)據(jù)中若包括目標(biāo)等其它異質(zhì)雜波也會(huì)影響訓(xùn)練學(xué)習(xí) 的效果。此外，已有的抑制電離層雜波的方法還不能完全抑制電離層雜波對(duì)檢測(cè)的干擾，經(jīng) 過(guò)處理的RD譜中依然存在電離層雜波成分。因此迫切需要研究基于RD譜的電離層雜波識(shí) 別方法，一方面協(xié)助對(duì)消方法自動(dòng)尋找雜波區(qū)域以避免對(duì)目標(biāo)的誤處理，另一方面，也可以 用于對(duì)雷達(dá)性能的評(píng)估，從而協(xié)助選頻或?qū)走_(dá)進(jìn)行智能評(píng)價(jià)和管理。通過(guò)大量觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，對(duì)高頻地波雷達(dá)(HFSWR)產(chǎn)生主要影響的電離層雜波主要來(lái) 自于E層和F層。其中，與E層相關(guān)的電離層反射可以分為E層鏡面反射雜波、E層多次反 射雜波、突發(fā)&層反射雜波、擴(kuò)展E層雜波。與F層相關(guān)的電離層反射可以分為F層鏡面反 射雜波、F層多次反射雜波、擴(kuò)展F層雜波。由于擴(kuò)展E層、F層雜波(為方便敘述，以下簡(jiǎn) 稱為擴(kuò)展電離層雜波)在影響HFSWR工作的電離層雜波中覆蓋范圍最廣、出現(xiàn)頻率較高，對(duì) HFSffR性能威脅也最大，但是對(duì)這兩類電離層雜波的檢測(cè)識(shí)別仍然是個(gè)無(wú)法解決的問(wèn)題。發(fā)明目的本發(fā)明是為了傳統(tǒng)方法在抑制電離層雜波時(shí)不能有效確定雜波的方向性以及無(wú) 法識(shí)別雜波區(qū)域的問(wèn)題，從而提供一種基于距離-多普勒譜的電離層雜波區(qū)域識(shí)別方法。基于距離-多普勒譜的電離層雜波區(qū)域識(shí)別方法，它由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、采用Otsu法對(duì)高頻雷達(dá)的RD譜分割為強(qiáng)散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散射區(qū) 和參考噪聲區(qū)四個(gè)區(qū)域；所述強(qiáng)散射區(qū)中包括一階海雜波、電離層雜波和船目標(biāo)及地物雜 波；步驟二、采用一階海雜波剔除模塊剔除步驟一中所述的強(qiáng)散射區(qū)中的一階海雜波；然后再采用采樣占有率檢測(cè)模塊進(jìn)一步剔除步驟一中所述的強(qiáng)散射區(qū)中的海雜波和船 目標(biāo)及地物雜波；步驟三、采用卷積模板檢測(cè)模塊對(duì)步驟二中所述剔除一階海雜波和船目標(biāo)及地物 雜波后的強(qiáng)散射區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，獲得電離層雜波區(qū)域的識(shí)別結(jié)果并輸出。步驟一中所述采用Otsu法對(duì)高頻雷達(dá)的RD譜分割為強(qiáng)散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散 射區(qū)和參考噪聲區(qū)四個(gè)區(qū)域，其方法是步驟A、通過(guò)最大化類間方差法選取門限x〖，并采用所述門限x〖將高頻雷達(dá)的RD譜 分割成C1區(qū)域和Ctl區(qū)域兩部分，即
「 ^[C1 Jf y> Xk*
IQ Jf y< xks = \ J , 1式中y是高頻雷達(dá)的RD譜中采樣單元的對(duì)數(shù)幅度；s是高頻雷達(dá)的RD譜中單元 的分割標(biāo)識(shí)，使用0或1表達(dá)，這里將第一次分割使用的門限xl稱為Th1 ；步驟B、使用步驟A中的方法，將已分割的C1區(qū)域用門限Th2進(jìn)行二次分割，獲得 C11區(qū)域和C10區(qū)域；步驟C、使用步驟A中的方法，將已分割的Ctl區(qū)域用門限Th3進(jìn)行二次分割，獲得 C01區(qū)域和Ccitl區(qū)域;步驟D、根據(jù)幅度由大到小，將步驟B獲得的C11區(qū)域和Cltl區(qū)域和步驟C獲得的Ctll 區(qū)域和Ctltl區(qū)域依次定義為強(qiáng)散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散射區(qū)和參考噪聲區(qū)；所述門限Th2 和門限Tti3均通過(guò)最大化類間方差法選取。步驟二中所述采用一階海雜波剔除模塊剔除步驟一中所述的強(qiáng)散射區(qū)中的一階 海雜波，其方法是首先采用多尺度濾波的方法對(duì)高頻雷達(dá)的RD譜進(jìn)行平滑預(yù)處理，然后采用脊檢 測(cè)的方法對(duì)平滑預(yù)處理后的高頻雷達(dá)的RD譜進(jìn)行一階海雜波檢測(cè)；然后對(duì)處理結(jié)果采用 圖像形態(tài)學(xué)中的腐蝕方法進(jìn)行濾波；最后結(jié)合譜特征準(zhǔn)則、對(duì)稱準(zhǔn)則、連續(xù)平滑準(zhǔn)則和SNR 準(zhǔn)則綜合確定一階海雜波的位置。步驟三中所述采用采樣占有率檢測(cè)模塊進(jìn)一步剔除步驟一中所述的強(qiáng)散射區(qū)中 的海雜波和船目標(biāo)及地物雜波，其方法是首先計(jì)算高頻雷達(dá)的RD譜中強(qiáng)散射類的采樣占有率srP4
I Nvsr￥A =——δ (v.)
Nv i=\式中NV是一個(gè)距離單元內(nèi)Doppler單元總數(shù)；δ ( □)是采樣屬于強(qiáng)散射區(qū)的標(biāo) 識(shí)；
= k其它式中，Seg(Vi) e {1，2，3，4}，i = 1，2，...，NV;根據(jù)電離層雜波分布特征，設(shè)定門限I\P4，當(dāng)強(qiáng)散射類的采樣占有率srP4小于門限Thdp4時(shí)，將該距離單元定義為非擴(kuò)展電離 層雜波區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)剔除步驟一中所述的強(qiáng)散射區(qū)中的海雜波和船目標(biāo)及地物雜波。有益效果本發(fā)明提供了一種行之有效的高頻地波超視距雷達(dá)回波譜中電離層雜 波識(shí)別方法，該方法可以完成對(duì)RD譜中的擴(kuò)展E層、F層電離層雜波的自動(dòng)提取和識(shí)別，并 能夠準(zhǔn)確的獲得方位、強(qiáng)度、影響范圍信息，極大的減低了目標(biāo)誤處理的可能性。


圖1是背景技術(shù)中所述天地路徑的信號(hào)傳播路線示意圖， 圖2是背景技術(shù)中所述天海地路徑的信號(hào)傳播路線示意圖，
圖3是背景技術(shù)中所述海天地路徑的信號(hào)傳播路線示意圖， 圖4是背景技術(shù)中所述天海天地路徑的信號(hào)傳播路線示意圖； 圖5是本發(fā)明方法的流程示意圖6是具體實(shí)施方式
一中對(duì)高頻雷達(dá)的RD譜進(jìn)行區(qū)域分割的原理示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖5和圖6說(shuō)明本具體實(shí)施方式
，基于距離-多普勒譜的電 離層雜波區(qū)域識(shí)別方法，它由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、采用Otsu法對(duì)高頻雷達(dá)的RD譜分割為強(qiáng)散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散射區(qū) 和參考噪聲區(qū)四個(gè)區(qū)域；所述強(qiáng)散射區(qū)中包括一階海雜波、電離層雜波和船目標(biāo)及地物雜 波；步驟二、采用一階海雜波剔除模塊剔除步驟一中所述的強(qiáng)散射區(qū)中的一階海雜 波；然后再采用采樣占有率檢測(cè)模塊進(jìn)一步剔除步驟一中所述的強(qiáng)散射區(qū)中的海雜波和船 目標(biāo)及地物雜波；步驟三、采用卷積模板檢測(cè)模塊對(duì)步驟二中所述剔除一階海雜波和船目標(biāo)及地物 雜波后的強(qiáng)散射區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，獲得電離層雜波區(qū)域的識(shí)別結(jié)果并輸出。步驟一中所述采用Otsu法對(duì)高頻雷達(dá)的RD譜分割為強(qiáng)散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散 射區(qū)和參考噪聲區(qū)四個(gè)區(qū)域，其方法是步驟Α、通過(guò)最大化類間方差法選取門限<，并采用所述門限X=將高頻雷達(dá)的RD譜 分割成C1區(qū)域和Ctl區(qū)域兩部分，即式中y是高頻雷達(dá)的RD譜中采樣單元的對(duì)數(shù)幅度；s是高頻雷達(dá)的RD譜中單元 的分割標(biāo)識(shí)，使用0或ι表達(dá)，這里將第一次分割使用的門限x〖稱為Th1 ；步驟B、使用步驟A中的方法，將已分割的C1區(qū)域用門限Tti2進(jìn)行二次分割，獲得 C11區(qū)域和C10區(qū)域；步驟C、使用步驟A中的方法，將已分割的Ctl區(qū)域用門限Th3進(jìn)行二次分割，獲得
C1 Jf y> Xk C0 Jf y<x: ^Jfy ^cl OJfyGC0C01區(qū)域和Ccitl區(qū)域;步驟D、根據(jù)幅度由大到小，將步驟B獲得的C11區(qū)域和Cltl區(qū)域和步驟C獲得的Ctll 區(qū)域和Ctltl區(qū)域依次定義為強(qiáng)散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散射區(qū)和參考噪聲區(qū)；所述門限Th2 和門限Tti3均通過(guò)最大化類間方差法選取。步驟二中所述采用一階海雜波剔除模塊剔除步驟一中所述的強(qiáng)散射區(qū)中的一階 海雜波，其方法是首先采用多尺度濾波的方法對(duì)高頻雷達(dá)的RD譜進(jìn)行平滑預(yù)處理，然后采用脊檢 測(cè)的方法對(duì)平滑預(yù)處理后的高頻雷達(dá)的RD譜進(jìn)行一階海雜波檢測(cè)；然后對(duì)處理結(jié)果采用 圖像形態(tài)學(xué)中的腐蝕方法進(jìn)行濾波；最后結(jié)合譜特征準(zhǔn)則、對(duì)稱準(zhǔn)則、連續(xù)平滑準(zhǔn)則和SNR 準(zhǔn)則綜合確定一階海雜波的位置。步驟三中所述采用采樣占有率檢測(cè)模塊進(jìn)一步剔除步驟一中所述的強(qiáng)散射區(qū)中 的海雜波和船目標(biāo)及地物雜波，其方法是首先計(jì)算高頻雷達(dá)的RD譜中強(qiáng)散射類的采樣占有率srP4

權(quán)利要求
1.基于距離-多普勒譜的電離層雜波區(qū)域識(shí)別方法，其特征是它由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、采用Otsu法對(duì)高頻雷達(dá)的RD譜分割為強(qiáng)散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散射區(qū)和參考噪聲區(qū)四個(gè)區(qū)域；所述強(qiáng)散射區(qū)中包括一階海雜波、電離層雜波和船目標(biāo)及地物雜波；步驟二、采用一階海雜波剔除模塊剔除步驟一中所述的強(qiáng)散射區(qū)中的一階海雜波；然 后再采用采樣占有率檢測(cè)模塊進(jìn)一步剔除步驟一中所述的強(qiáng)散射區(qū)中的海雜波和船目標(biāo) 及地物雜波；步驟三、采用卷積模板檢測(cè)模塊對(duì)步驟二中所述剔除一階海雜波和船目標(biāo)及地物雜波 后的強(qiáng)散射區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，獲得電離層雜波區(qū)域的識(shí)別結(jié)果并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于距離-多普勒譜的電離層雜波區(qū)域識(shí)別方法，其特征在 于步驟一中所述采用Otsu法對(duì)高頻雷達(dá)的RD譜分割為強(qiáng)散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散射區(qū)和 參考噪聲區(qū)四個(gè)區(qū)域，其方法是步驟A、通過(guò)最大化類間方差法選取門限‘，并采用所述門限^將高頻雷達(dá)的RD譜分割 成(^區(qū)域和Ctl區(qū)域兩部分，即 Ici Jf y>x*k IQ Jf y< xk [IJfyGClS = <j[OJfyGC0式中y是高頻雷達(dá)的RD譜中采樣單元的對(duì)數(shù)幅度；s是高頻雷達(dá)的RD譜中單元的分 割標(biāo)識(shí)，使用0或1表達(dá)，這里將第一次分割使用的門限x〖稱為Th1 ；步驟B、使用步驟A中的方法，將已分割的C1區(qū)域用門限Ttl2進(jìn)行二次分割，獲得C11區(qū) 域和C10區(qū)域；步驟C、使用步驟A中的方法，將已分割的Ctl區(qū)域用門限進(jìn)行二次分割，獲得Ctll區(qū) 域和Ccitl區(qū)域；步驟D、根據(jù)幅度由大到小，將步驟B獲得的C11區(qū)域和Cltl區(qū)域和步驟C獲得的Ctll區(qū) 域和Ctltl區(qū)域依次定義為強(qiáng)散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散射區(qū)和參考噪聲區(qū)；所述門限1 和 門限均通過(guò)最大化類間方差法選取。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于距離-多普勒譜的電離層雜波區(qū)域識(shí)別方法，其特征在 于步驟二中所述采用一階海雜波剔除模塊剔除步驟一中所述的強(qiáng)散射區(qū)中的一階海雜波， 其方法是首先采用多尺度濾波的方法對(duì)高頻雷達(dá)的RD譜進(jìn)行平滑預(yù)處理，然后采用脊檢測(cè)的 方法對(duì)平滑預(yù)處理后的高頻雷達(dá)的RD譜進(jìn)行一階海雜波檢測(cè)；然后對(duì)處理結(jié)果采用圖像 形態(tài)學(xué)中的腐蝕方法進(jìn)行濾波；最后結(jié)合譜特征準(zhǔn)則、對(duì)稱準(zhǔn)則、連續(xù)平滑準(zhǔn)則和SNR準(zhǔn)則 綜合確定一階海雜波的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于距離-多普勒譜的電離層雜波區(qū)域識(shí)別方法，其特征在 于步驟三中所述采用采樣占有率檢測(cè)模塊進(jìn)一步剔除步驟一中所述的強(qiáng)散射區(qū)中的海雜 波和船目標(biāo)及地物雜波，其方法是首先計(jì)算高頻雷達(dá)的RD譜中強(qiáng)散射類的采樣占有率srp4 #p4=丄穸 Nvtt式中NV是一個(gè)距離單元內(nèi)Doppler單元總數(shù)；δ ( □)是采樣屬于強(qiáng)散射區(qū)的標(biāo)識(shí)；^ifseg ㈨=4= k其它式中，Seg(Vi) e {1，2，3，4}，i = 1，2，...，Nv;根據(jù)電離層雜波分布特征，設(shè)定門限 Thdp4,當(dāng)強(qiáng)散射類的采樣占有率srP4小于門限Thdp4時(shí)，將該距離單元定義為非擴(kuò)展電離層 雜波區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)剔除步驟一中所述的強(qiáng)散射區(qū)中的海雜波和船目標(biāo)及地物雜波。
全文摘要
基于距離-多普勒譜的電離層雜波區(qū)域識(shí)別方法，涉及一種電離層雜波區(qū)域識(shí)別方法。它解決了傳統(tǒng)方法在抑制電離層雜波時(shí)不能有效確定雜波的方向性以及無(wú)法識(shí)別雜波區(qū)域的問(wèn)題。其方法采用Otsu法將高頻雷達(dá)的距離-多普勒(Range-Doppler，RD)譜分割為強(qiáng)散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散射區(qū)和參考噪聲區(qū)四個(gè)區(qū)域；采用一階海雜波剔除模塊剔除強(qiáng)散射區(qū)中的一階海雜波；然后再采用采樣占有率檢測(cè)模塊進(jìn)一步剔除強(qiáng)散射區(qū)中的船目標(biāo)及地物雜波；采用卷積模板檢測(cè)模塊對(duì)剔除一階海雜波和船目標(biāo)及地物雜波后的強(qiáng)散射區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，獲得電離層雜波區(qū)域的識(shí)別結(jié)果并輸出。本發(fā)明適用于電離層雜波區(qū)域的識(shí)別。
文檔編號(hào)G01S7/41GK102141610SQ20101060227
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者張寧, 李楊, 郝松 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)