基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標(biāo)檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標(biāo)檢測(cè)方法，涉及雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)領(lǐng)域，其步驟為：步驟1，對(duì)雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊得到分塊回波數(shù)據(jù)；步驟2，對(duì)待檢測(cè)單元的回波數(shù)據(jù)計(jì)算歸一化多普勒譜；步驟3，根據(jù)歸一化多普勒譜構(gòu)造檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量；步驟4，給定虛警概率，通過(guò)蒙特卡羅實(shí)驗(yàn)得到檢測(cè)門(mén)限；步驟5，根據(jù)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量和檢測(cè)門(mén)限判斷目標(biāo)是否存在，若檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量大于檢測(cè)門(mén)限，則判定目標(biāo)存在，反之，判定目標(biāo)不存在。本發(fā)明主要解決現(xiàn)有技術(shù)中在雷達(dá)觀測(cè)時(shí)間較短時(shí)檢測(cè)性能不高的問(wèn)題。本發(fā)明的方法具有一定的自適應(yīng)性，適應(yīng)于不同的海況、空時(shí)變化，而且在雷達(dá)觀測(cè)時(shí)間較短時(shí)，能對(duì)海雜波背景下的漂浮目標(biāo)進(jìn)行有效的檢測(cè)。
【專利說(shuō)明】基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標(biāo)檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于目標(biāo)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標(biāo)檢測(cè)方法，用于對(duì)海面漂浮目標(biāo)的檢測(cè)。

【背景技術(shù)】
[0002]海雜波定義為雷達(dá)接收到的由海表面反射回來(lái)的信號(hào)，海面搜索雷達(dá)在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，常常會(huì)受到海雜波的影響。海雜波的強(qiáng)度會(huì)隨著雷達(dá)參數(shù)、雷達(dá)照射方向、海況、空氣濕度等的不同而發(fā)生改變。在強(qiáng)海雜波背景下，浮標(biāo)、浮冰、小船、海面漂浮物等這類海面漂浮目標(biāo)很難通過(guò)傳統(tǒng)能量累積的方法進(jìn)行檢測(cè)。針對(duì)海面漂浮目標(biāo)檢測(cè)問(wèn)題，常用的方法是在空間和多普勒域進(jìn)行高分辨觀測(cè)。空間高分辨率是通過(guò)寬帶脈沖和窄波束來(lái)實(shí)現(xiàn)，多普勒高分辨率需要對(duì)單一波位進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的駐留觀測(cè)得到。然而，在高空間分辨率和長(zhǎng)時(shí)間駐留觀測(cè)的情況下，海雜波和目標(biāo)回波都表現(xiàn)出相當(dāng)復(fù)雜的特性，這將影響傳統(tǒng)目標(biāo)檢測(cè)方法的檢測(cè)性能。
[0003]由于海雜波時(shí)域運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，在研究初期常用統(tǒng)計(jì)學(xué)來(lái)研究海雜波的特性。隨著對(duì)高分辨海雜波研究的深入，統(tǒng)計(jì)學(xué)模型也不斷的發(fā)展完善，在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了許多目標(biāo)檢測(cè)方法，其中包括許多自適應(yīng)檢測(cè)方法，如廣義似然比檢測(cè)、自適應(yīng)匹配濾波、自適應(yīng)歸一化匹配濾波等。這些方法大都假定海雜波滿足一定的統(tǒng)計(jì)模型，如K分布，復(fù)合高斯分布等。自適應(yīng)檢測(cè)算法對(duì)在多普勒域，目標(biāo)與海雜波能有較好區(qū)分的情況下可以有效檢測(cè)，然而當(dāng)目標(biāo)與雜波在多普勒域無(wú)法區(qū)分時(shí)，即目標(biāo)的多普勒偏移在海雜波主雜波區(qū)范圍時(shí)，無(wú)法對(duì)海面漂浮或低速目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)?；诜中翁卣鞯臋z測(cè)方法在觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)達(dá)到了很好的檢測(cè)結(jié)果，如 J.Hu, J.B.Gao, F.L.Posner, Y.Zheng, ff.ff.Tung, “Targetdetect1n within sea clutter:a comparative study by fractal scaling analyses”.Fractals, 14，187-204, 2006.文獻(xiàn)中就采用了該檢測(cè)方法。但當(dāng)雷達(dá)觀測(cè)時(shí)間縮短時(shí)，該檢測(cè)方法的檢測(cè)性能出現(xiàn)明顯的下降。在實(shí)際應(yīng)用中，雷達(dá)通常無(wú)法進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，因此基于分形特征的檢測(cè)方法很難應(yīng)用到實(shí)際中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提出一種基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標(biāo)檢測(cè)方法，提高對(duì)海面漂浮目標(biāo)的檢測(cè)性能。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006]一種基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007] 步驟1，雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)射連續(xù)的脈沖信號(hào)，雷達(dá)接收機(jī)接收到多脈沖的目標(biāo)信號(hào)，將多脈沖的目標(biāo)信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配濾波后得到沿著距離維和脈沖維連續(xù)的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X，對(duì)雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X進(jìn)行分塊，即沿著脈沖維分為B ±夾，得到B塊分塊回波數(shù)據(jù)(X1,…，Xb，…，XB), b = 1, 2，…，B ;
[0008]步驟2，確定分塊回波數(shù)據(jù)Xb中的待檢測(cè)距離單元回波數(shù)據(jù)Xri3和參考距離單元回波數(shù)據(jù)Xpb;計(jì)算參考距離單元回波數(shù)據(jù)Xpb的多普勒譜Spb (fd)和待檢測(cè)距離單元回波數(shù)據(jù)Xa的多普勒譜Srt(fd);并根據(jù)參考距離單元回波數(shù)據(jù)Xpb的多普勒譜Spb(fd)和待檢測(cè)距離單元回波數(shù)據(jù)Xa的多普勒譜Sa (fd)計(jì)算分塊回波數(shù)據(jù)Xb中待檢測(cè)單元回波數(shù)據(jù)Xri3的歸一化多普勒譜NDPSJfd)；
[0009]步驟3，根據(jù)歸一化多普勒譜NDPSa (fd)構(gòu)造待檢測(cè)距離單元回波數(shù)據(jù)Xib的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量ζ rb ;
[0010]步驟4，給定虛警概率f，通過(guò)蒙特卡羅實(shí)驗(yàn)得到用于判定待檢測(cè)距離單元目標(biāo)是否存在的檢測(cè)門(mén)限τζ ；
[0011]步驟5，根據(jù)分塊回波數(shù)據(jù)Xb的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量ζ Α和檢測(cè)門(mén)限Τζ判斷目標(biāo)是否存在:
[0012]如果分塊回波數(shù)據(jù)Xb的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量ζ rb大于等于檢測(cè)門(mén)限T ζ，則判定第b塊回波數(shù)據(jù)Xb中待檢測(cè)距離單元存在目標(biāo)， 反之，判定目標(biāo)不存在。
[0013]上述技術(shù)方案的特點(diǎn)和進(jìn)一步改進(jìn)在于:
[0014](I)步驟2包括以下子步驟:
[0015](2a)從分塊回波數(shù)據(jù)Xb中選取待檢測(cè)距離單元r，待檢測(cè)距離單元對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)為待檢測(cè)距離單元回波數(shù)據(jù)Xri3 ；
[0016](2b)選取P個(gè)參考距離單元，參考距離單元對(duì)應(yīng)參考距離單元回波數(shù)據(jù)Xpb，P =
1,2,…，P，參考距離單元為待檢測(cè)距離單元周圍的臨近距離單元；
[0017]計(jì)算每一個(gè)參考距離單元回波數(shù)據(jù)Xpb的多普勒譜Spb(fd):

【權(quán)利要求】
1.一種基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)射連續(xù)的脈沖信號(hào)，雷達(dá)接收機(jī)接收到多脈沖的目標(biāo)信號(hào)，將多脈沖的目標(biāo)信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配濾波后得到沿著距離維和脈沖維連續(xù)的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X，對(duì)雷達(dá)回波數(shù)據(jù)X進(jìn)行分塊，即沿著脈沖維分為B塊，得到B塊分塊回波數(shù)據(jù)(X1,…，Xb,…，XB)，b=1，2，…，B ; 步驟2，確定分塊回波數(shù)據(jù)Xb中的待檢測(cè)距離單元回波數(shù)據(jù)Xri3和參考距離單元回波數(shù)據(jù)Xpb ;計(jì)算參考距離單元回波數(shù)據(jù)Xpb的多普勒譜Spb(fd)和待檢測(cè)距離單元回波數(shù)據(jù)Xrt的多普勒譜Sa (fd);并根據(jù)參考距離單元回波數(shù)據(jù)Xpb的多普勒譜Spb (fd)和待檢測(cè)距離單元回波數(shù)據(jù)Xa的多普勒譜Sa (fd)計(jì)算分塊回波數(shù)據(jù)Xb中待檢測(cè)單元回波數(shù)據(jù)Xri3的歸一化多普勒譜NDPSJfd)； 步驟3，根據(jù)歸一化多普勒譜NDPSa (fd)構(gòu)造待檢測(cè)距離單元回波數(shù)據(jù)Xri3的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量kb ; 步驟4，給定虛警概率f，通過(guò)蒙特卡羅實(shí)驗(yàn)得到用于判定待檢測(cè)距離單元目標(biāo)是否存在的檢測(cè)門(mén)限T5 ； 步驟5，根據(jù)分塊回波數(shù)據(jù)Xb的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量ζ rb和檢測(cè)門(mén)限Τζ判斷目標(biāo)是否存在:如果分塊回波數(shù)據(jù)Xb的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量ζ rb大于等于檢測(cè)門(mén)限T ζ，則判定第b塊回波數(shù)據(jù)Xb中待檢測(cè)距離單元存在目標(biāo)，反之，判定目標(biāo)不存在。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，步驟2包括以下子步驟: (2a)從分塊回波數(shù)據(jù)Xb中選取待檢測(cè)距離單元r，待檢測(cè)距離單元對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)為待檢測(cè)距離單元回波數(shù)據(jù)Xri3 ； (2b)選取P個(gè)參考距離單元，參考距離單元對(duì)應(yīng)參考距離單元回波數(shù)據(jù)Xpb, P =.1,2,…，P，參考距離單元為待檢測(cè)距離單元周圍的臨近距離單元； 計(jì)算每一個(gè)參考距離單元回波數(shù)據(jù)Xpb的多普勒譜Spb (fd):
其中Xpb (η)為參考距離單元回波數(shù)據(jù)Xpb的第η次回波，η為自然數(shù)，j為虛數(shù)單位，fd為多普勒頻率，N為FFT點(diǎn)數(shù)，Tr為脈沖重復(fù)周期，exp O代表以e為底的指數(shù)函數(shù)，P為選取參考距離單元總數(shù)； (2c)根據(jù)P個(gè)參考距離單元的多普勒譜計(jì)算均值譜〃\(Λ)和標(biāo)準(zhǔn)差譜sid6(/,):
(2d)計(jì)算待檢測(cè)距離單元回波數(shù)據(jù)的多普勒譜& (fd):
其中χΑ(η)為回波數(shù)據(jù)Xrt的第η次回波；(2e)根據(jù)參考距離單元多普勒譜的均值譜九(Λ)、標(biāo)準(zhǔn)差譜sicU/,)和待檢測(cè)距離單元回波數(shù)據(jù)Xa的多普勒譜Sa (fd)計(jì)算分塊回波數(shù)據(jù)Xb中待檢測(cè)距離單元回波數(shù)據(jù)Xri3的歸一化多普勒譜NDPSJfd):
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，步驟3具體包括: 根據(jù)分塊回波數(shù)據(jù)Xb中待檢測(cè)距離單元回波數(shù)據(jù)Xrt的歸一化多普勒譜NDPSrt (fd)計(jì)算檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量ζ rb:
其中b表示第b塊分塊回波數(shù)據(jù)，取λ = 2，max{0，NDPSb(fd)-X}表示選取O和NDPSb (fd)]中的最大值，
表示對(duì)不同多普勒頻率下的

max {O, NDPSb (fd) - λ }進(jìn)行求和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，步驟4包括以下子步驟: (4a)當(dāng)雷達(dá)對(duì)海工作時(shí)，雷達(dá)接收機(jī)接收到回波數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分為純雜波數(shù)據(jù)和包含目標(biāo)的回波數(shù)據(jù)；選取分塊回波數(shù)據(jù)Xb中的純雜波回波數(shù)據(jù)X。作為一組訓(xùn)練單元，該組訓(xùn)練單元共包含Q個(gè)距離單元，計(jì)算每個(gè)訓(xùn)練單元的歸一化多普勒譜并計(jì)算出每個(gè)訓(xùn)練單元的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量? q’ ζ q = [ ζ ql, ζ q2,..., ζ qb,...，ζ φ],得到共QXB個(gè)訓(xùn)練單元的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量; (4b)設(shè)定虛警概率f，將QXB個(gè)訓(xùn)練單元的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量值按從大到小的順序排列形成檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量序列，選取該檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量序列中第QXBXf個(gè)元素作為檢測(cè)門(mén)限T ζ。
【文檔編號(hào)】G01S13/50GK104076350SQ201410321885
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】水鵬朗, 許述文, 馬曉禮, 李東宸 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)