一種x波段海雜波復(fù)數(shù)域時間相關(guān)模型的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種X波段海雜波復(fù)數(shù)域時間相關(guān)模型。其特征在于：該模型是建立在復(fù)數(shù)域下的復(fù)數(shù)形式模型，由幅值模型和相位模型兩部分組成，可表達海雜波時間相關(guān)函數(shù)的幅值、相位信息；該模型可反映海雜波時間相關(guān)性與風(fēng)速、雷達視線與風(fēng)向夾角的對應(yīng)關(guān)系，模型具體形式可由實驗雷達參數(shù)、海情參數(shù)確定。與傳統(tǒng)海雜波實數(shù)域時間相關(guān)模型相比，本發(fā)明兼顧幅值、相位信息，對于海雜波時間相關(guān)性的描述更為準(zhǔn)確、全面，為海雜波研究提供了一種新的思路。
【專利說明】
一種X波段海雜波復(fù)數(shù)域時間相關(guān)模型
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于雷達信號處理領(lǐng)域，綜合利用海雜波幅度和相位信息進行相關(guān)性建模 研究，涉及一種X波段海雜波復(fù)數(shù)域時間相關(guān)模型，兼顧海雜波時間相關(guān)特性的幅值、相位 信息，可為海雜波相關(guān)特性研究提供新的思路。
【背景技術(shù)】
[0002] 海雜波是指雷達照射海面所產(chǎn)生的后向散射回波，海雜波的存在使得海雜波中低 可視目標(biāo)檢測變得非常困難。海雜波的產(chǎn)生過程是一個與雷達參數(shù)和海洋環(huán)境參數(shù)有關(guān)的 復(fù)雜物理過程，與海洋環(huán)境參數(shù)如海面風(fēng)速、風(fēng)向、浪高、浪向等有關(guān)，同時又與雷達工作參 數(shù)，如發(fā)射頻率、極化方式、入射余角、分辨單元面積等有關(guān)。由于問題的復(fù)雜性和應(yīng)用的重 要性，海雜波的統(tǒng)計特性仍是該領(lǐng)域研究的熱點問題之一。
[0003] 海雜波的統(tǒng)計特性一般包括幅度特性、頻率特性和相關(guān)特性。傳統(tǒng)的雷達目標(biāo)檢 測主要依據(jù)目標(biāo)的回波幅度信息，因此關(guān)于海雜波的幅度分布特性的研究比較成熟。針對 不同的雷達工作頻率，已經(jīng)通過統(tǒng)計分析的方法建立了諸如瑞利分布、對數(shù)正態(tài)分布、韋布 爾分布等海雜波統(tǒng)計分布模型。
[0004] 隨著雷達發(fā)射頻段的提高和分辨單元的減小，統(tǒng)計上的中心極限定理不再成立。 根據(jù)海表面對電磁波的散射特性，一般認(rèn)為海雜波產(chǎn)生機理一般包括了布拉格散射和非布 拉格散射（白冠、泡沫和碎浪）。對于X頻段，Warts等提出了的復(fù)合K分布等幅度分布模 型。該模型認(rèn)為，由海面重力波（長波）產(chǎn)生的紋理分量，毛細波產(chǎn)生散斑分量，海雜波是 由紋理分量調(diào)制散斑分量復(fù)合而成，該模型已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。
[0005] 關(guān)于海雜波的相關(guān)性，R. S. RAGHAVNA從K-分布出發(fā)通過理論分析了海雜波空間 相關(guān)性。S. Watts明確提出了包含海面風(fēng)速、風(fēng)向和雷達視線夾角的海雜波空間相關(guān)模型， 但是僅僅是海雜波幅度的空間相關(guān)性模型。
[0006] 對于相參體制的雷達（具有正交I、Q正交接受分量），一般雷達目標(biāo)檢測方法是 利用相干積累的，期望通過相干積累提高待檢測目標(biāo)的信雜比。但是由于海雜波的影響，相 干積累的性能將會比預(yù)期效果降低。前面提到的幅度分布特性和幅度相關(guān)特性，僅僅利用 了海雜波的幅度信息。考慮到海雜波的相位信息應(yīng)當(dāng)具有與幅度信息同樣重要的地位；從 信息處理的角度，這種僅僅利用幅度信息相當(dāng)于維數(shù)壓縮的統(tǒng)計。在沒有研究維數(shù)壓縮所 導(dǎo)致誤差的情況下，僅僅利用幅度信息而放棄相位信息，至少是信息沒有得到充分利用。綜 合利用海雜波幅度和相位信息的相關(guān)性建模研究，國際上尚未見有關(guān)報導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于綜合利用海雜波幅度和相位信息進行時間相關(guān)性建模研究，提 出一種X波段海雜波復(fù)數(shù)域時間相關(guān)模型，模型兼顧海雜波時間相關(guān)的幅值、相位信息，可 為海雜波相關(guān)特性研究提供新的思路。
[0008] 本發(fā)明提出的X波段海雜波復(fù)數(shù)域時間相關(guān)模型由幅值模型fabs ( t )和相位模型 fangle (T)兩部分組成。
[0009] 其中，幅值模型fabs ( t )為指數(shù)衰減形式，公式為：
[0011] 幅值模型fangle ( 〇公式為：
[0012] fangie( T ) = (-0. 01424COS a (〇. 25+0. 13U)f/c-〇. 08566) x
[0013] 因此，本發(fā)明提出的X波段海雜波復(fù)數(shù)域時間相關(guān)模型公式為：
[0015] 式中，t為時間延時，且t彡〇 ;
[0016] g為重力加速度；
[0017] U為風(fēng)速；
[0018] a為雷達視線與風(fēng)向夾角；
[0019] f為雷達發(fā)射頻率；
[0020] c為光速；
[0021] i為虛數(shù)單位。
[0022] 本發(fā)明在實際應(yīng)用中有如下優(yōu)點：
[0023] (1)本發(fā)明綜合利用海雜波幅度和相位信息進行時間相關(guān)性建模，對雷達信號研 究更為充分，對海雜波時間相關(guān)性描述更為全面；
[0024] (2)本發(fā)明提出的模型參數(shù)僅涉及雷達參數(shù)、海情參數(shù)，模型形式容易確定，降低 了模型應(yīng)用難度。
【附圖說明】
[0025] 圖1是模型形式確定流程圖；
[0026] 圖2是IPIX實驗320#海雜波數(shù)據(jù)模型驗證圖；
[0027] 圖3是IPIX實驗280#海雜波數(shù)據(jù)模型驗證圖；
[0028] 圖4是IPIX實驗40#海雜波數(shù)據(jù)模型驗證圖；
[0029] 圖5是IPIX實驗17#海雜波數(shù)據(jù)模型驗證圖。
【具體實施方式】
[0030] 以國際上公開的加拿大McMaster大學(xué)網(wǎng)站1993年IPIX實驗X波段雷達數(shù)據(jù)為 研究對象，說明模型具體形式確定方法，并驗證模型的有效性。
[0031] 以320#海雜波數(shù)據(jù)為例，實驗雷達發(fā)射頻率f = 9. 39GHz，雷達天線方向171°， 風(fēng)向317°，風(fēng)速7. 5m/s，因此可確定該數(shù)據(jù)海雜波復(fù)數(shù)域時間相關(guān)模型為：
[0032]
[0033] 模型有效性可通過320#海雜波數(shù)據(jù)相關(guān)時間統(tǒng)計來進行驗證，步驟如下：
[0034] 步驟1，將320#海雜波數(shù)據(jù)某一純雜波距離單元的131072個脈沖分為512段長度 為256的短序列，并對各段序列分別進行復(fù)相關(guān)計算，歸一化的復(fù)相關(guān)函數(shù)計算公式如下：
[0036] 式中x( □)為零均值化的海雜波序列，（□廣為取共軛運算，t為延遲量，N為 數(shù)據(jù)長度，以口）為復(fù)相關(guān)系數(shù)。
[0037] 步驟2,統(tǒng)計海雜波時間相關(guān)函數(shù)分布，以極坐標(biāo)形式顯示如附圖2中灰色曲線所 示，可以看出極坐標(biāo)中的海雜波復(fù)數(shù)域時間相關(guān)曲線呈螺旋狀分布，以（l，〇deg.)為起點， 沿一定角度旋轉(zhuǎn)，逐漸逼近點（〇, 〇deg.)，而且海雜波時間相關(guān)函數(shù)分布較為集中。
[0038] 步驟3,將本發(fā)明提出的相關(guān)模型與實測海雜波數(shù)據(jù)時間相關(guān)函數(shù)進行對比，如附 圖2所示。圖中黑色曲線是本發(fā)明提出的模型曲線，灰色曲線是實測數(shù)據(jù)計算曲線?？梢?看出，黑色曲線大體位于灰色曲線的中心位置，說明模型曲線可以很好地反映實測海雜波 數(shù)據(jù)時間相關(guān)函數(shù)變化趨勢，從而驗證了模型的有效性。
[0039] 本發(fā)明的有效性與適用性可通過不同海情下實測海雜波數(shù)據(jù)來進一步驗證。
[0040] 利用本發(fā)明提出的X波段海雜波復(fù)數(shù)域相關(guān)函數(shù)模型，對1993年IPIX實驗 17#(風(fēng)速 3. 06m/s，夾角 0? 8029rad)、40#(風(fēng)速 2. 50m/s，夾角 1. 4137rad)、280#(風(fēng)速 2. 78m/s，夾角3. OOOrad)數(shù)據(jù)進行模型驗證，步驟同上，驗證結(jié)果參照圖3~5,可以看出模 型曲線與實測數(shù)據(jù)相關(guān)曲線變化趨勢吻合較好，從而驗證了本發(fā)明對于X波段不同海情下 海雜波數(shù)據(jù)復(fù)數(shù)域時間相關(guān)建模都是有效和適用的。
【主權(quán)項】
1. 一種X波段海雜波復(fù)數(shù)域時間相關(guān)模型，其特征在于該模型是建立在復(fù)數(shù)域下的復(fù) 數(shù)形式模型，由幅值模型和相位模型兩部分組成，可表達海雜波時間相關(guān)函數(shù)的幅值、相位 信息；該模型可反映海雜波時間相關(guān)性與風(fēng)速、雷達視線與風(fēng)向夾角的對應(yīng)關(guān)系，該模型具 體形式為：式中，τ為時間延時，且τ彡〇; g為重力加速度； U為風(fēng)速； a為雷達視線與風(fēng)向夾角； f為雷達發(fā)射頻率； c為光速； i為虛數(shù)單位。
【文檔編號】G01S7/41GK105891796SQ201410664673
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年11月20日
【發(fā)明人】程孝龍, 姬光榮, 姬婷婷, 王國宇, 李清亮
【申請人】中國海洋大學(xué)