基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標檢測方法，涉及雷達目標檢測領域，其步驟為：步驟1，對雷達回波數(shù)據(jù)進行分塊得到分塊回波數(shù)據(jù)；步驟2，對待檢測單元的回波數(shù)據(jù)計算歸一化多普勒譜；步驟3，根據(jù)歸一化多普勒譜構(gòu)造檢測統(tǒng)計量；步驟4，給定虛警概率，通過蒙特卡羅實驗得到檢測門限；步驟5，根據(jù)檢測統(tǒng)計量和檢測門限判斷目標是否存在，若檢測統(tǒng)計量大于檢測門限，則判定目標存在，反之，判定目標不存在。本發(fā)明主要解決現(xiàn)有技術中在雷達觀測時間較短時檢測性能不高的問題。本發(fā)明的方法具有一定的自適應性，適應于不同的海況、空時變化，而且在雷達觀測時間較短時，能對海雜波背景下的漂浮目標進行有效的檢測。
【專利說明】基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標檢測方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于目標檢測【技術領域】，具體涉及一種基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標檢測方法，用于對海面漂浮目標的檢測。

【背景技術】
[0002]海雜波定義為雷達接收到的由海表面反射回來的信號，海面搜索雷達在對目標進行檢測時，常常會受到海雜波的影響。海雜波的強度會隨著雷達參數(shù)、雷達照射方向、海況、空氣濕度等的不同而發(fā)生改變。在強海雜波背景下，浮標、浮冰、小船、海面漂浮物等這類海面漂浮目標很難通過傳統(tǒng)能量累積的方法進行檢測。針對海面漂浮目標檢測問題，常用的方法是在空間和多普勒域進行高分辨觀測?？臻g高分辨率是通過寬帶脈沖和窄波束來實現(xiàn)，多普勒高分辨率需要對單一波位進行長時間的駐留觀測得到。然而，在高空間分辨率和長時間駐留觀測的情況下，海雜波和目標回波都表現(xiàn)出相當復雜的特性，這將影響傳統(tǒng)目標檢測方法的檢測性能。
[0003]由于海雜波時域運動的復雜性，在研究初期常用統(tǒng)計學來研究海雜波的特性。隨著對高分辨海雜波研究的深入，統(tǒng)計學模型也不斷的發(fā)展完善，在此基礎上出現(xiàn)了許多目標檢測方法，其中包括許多自適應檢測方法，如廣義似然比檢測、自適應匹配濾波、自適應歸一化匹配濾波等。這些方法大都假定海雜波滿足一定的統(tǒng)計模型，如K分布，復合高斯分布等。自適應檢測算法對在多普勒域，目標與海雜波能有較好區(qū)分的情況下可以有效檢測，然而當目標與雜波在多普勒域無法區(qū)分時，即目標的多普勒偏移在海雜波主雜波區(qū)范圍時，無法對海面漂浮或低速目標進行檢測。基于分形特征的檢測方法在觀測時間較長時達到了很好的檢測結(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.文獻中就采用了該檢測方法。但當雷達觀測時間縮短時，該檢測方法的檢測性能出現(xiàn)明顯的下降。在實際應用中，雷達通常無法進行較長時間的觀測，因此基于分形特征的檢測方法很難應用到實際中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服已有技術的不足，提出一種基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標檢測方法，提高對海面漂浮目標的檢測性能。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現(xiàn)。
[0006]一種基于歸一化多普勒譜的海面漂浮目標檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007] 步驟1，雷達發(fā)射機發(fā)射連續(xù)的脈沖信號，雷達接收機接收到多脈沖的目標信號，將多脈沖的目標信號經(jīng)過匹配濾波后得到沿著距離維和脈沖維連續(xù)的雷達回波數(shù)據(jù)X，對雷達回波數(shù)據(jù)X進行分塊，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)和待檢測距離單元回波數(shù)據(jù)Xa的多普勒譜Sa (fd)計算分塊回波數(shù)據(jù)Xb中待檢測單元回波數(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)造待檢測距離單元回波數(shù)據(jù)Xib的檢測統(tǒng)計量ζ rb ;
[0010]步驟4，給定虛警概率f，通過蒙特卡羅實驗得到用于判定待檢測距離單元目標是否存在的檢測門限τζ ；
[0011]步驟5，根據(jù)分塊回波數(shù)據(jù)Xb的檢測統(tǒng)計量ζ Α和檢測門限Τζ判斷目標是否存在:
[0012]如果分塊回波數(shù)據(jù)Xb的檢測統(tǒng)計量ζ rb大于等于檢測門限T ζ，則判定第b塊回波數(shù)據(jù)Xb中待檢測距離單元存在目標， 反之，判定目標不存在。
[0013]上述技術方案的特點和進一步改進在于:
[0014](I)步驟2包括以下子步驟:
[0015](2a)從分塊回波數(shù)據(jù)Xb中選取待檢測距離單元r，待檢測距離單元對應的數(shù)據(jù)為待檢測距離單元回波數(shù)據(jù)Xri3 ；
[0016](2b)選取P個參考距離單元，參考距離單元對應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距離單元周圍的臨近距離單元；
[0017]計算每一個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檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，雷達發(fā)射機發(fā)射連續(xù)的脈沖信號，雷達接收機接收到多脈沖的目標信號，將多脈沖的目標信號經(jīng)過匹配濾波后得到沿著距離維和脈沖維連續(xù)的雷達回波數(shù)據(jù)X，對雷達回波數(shù)據(jù)X進行分塊，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)和待檢測距離單元回波數(shù)據(jù)Xa的多普勒譜Sa (fd)計算分塊回波數(shù)據(jù)Xb中待檢測單元回波數(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)造待檢測距離單元回波數(shù)據(jù)Xri3的檢測統(tǒng)計量kb ; 步驟4，給定虛警概率f，通過蒙特卡羅實驗得到用于判定待檢測距離單元目標是否存在的檢測門限T5 ； 步驟5，根據(jù)分塊回波數(shù)據(jù)Xb的檢測統(tǒng)計量ζ rb和檢測門限Τζ判斷目標是否存在:如果分塊回波數(shù)據(jù)Xb的檢測統(tǒng)計量ζ rb大于等于檢測門限T ζ，則判定第b塊回波數(shù)據(jù)Xb中待檢測距離單元存在目標，反之，判定目標不存在。
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檢測方法，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中選取待檢測距離單元r，待檢測距離單元對應的數(shù)據(jù)為待檢測距離單元回波數(shù)據(jù)Xri3 ； (2b)選取P個參考距離單元，參考距離單元對應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距離單元周圍的臨近距離單元； 計算每一個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點數(shù)，Tr為脈沖重復周期，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個參考距離單元的多普勒譜計算均值譜〃\(Λ)和標準差譜sid6(/,):
(2d)計算待檢測距離單元回波數(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)、標準差譜sicU/,)和待檢測距離單元回波數(shù)據(jù)Xa的多普勒譜Sa (fd)計算分塊回波數(shù)據(jù)Xb中待檢測距離單元回波數(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檢測方法，其特征在于，步驟3具體包括: 根據(jù)分塊回波數(shù)據(jù)Xb中待檢測距離單元回波數(shù)據(jù)Xrt的歸一化多普勒譜NDPSrt (fd)計算檢測統(tǒng)計量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，
表示對不同多普勒頻率下的

max {O, NDPSb (fd) - λ }進行求和。
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檢測方法，其特征在于，步驟4包括以下子步驟: (4a)當雷達對海工作時，雷達接收機接收到回波數(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。作為一組訓練單元，該組訓練單元共包含Q個距離單元，計算每個訓練單元的歸一化多普勒譜并計算出每個訓練單元的檢測統(tǒng)計量? q’ ζ q = [ ζ ql, ζ q2,..., ζ qb,...，ζ φ],得到共QXB個訓練單元的檢測統(tǒng)計量; (4b)設定虛警概率f，將QXB個訓練單元的檢測統(tǒng)計量值按從大到小的順序排列形成檢測統(tǒng)計量序列，選取該檢測統(tǒng)計量序列中第QXBXf個元素作為檢測門限T ζ。
【文檔編號】G01S13/50GK104076350SQ201410321885
【公開日】2014年10月1日 申請日期: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 申請人:西安電子科技大學