專利名稱：基于距離-多普勒譜的電離層雜波區(qū)域識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電離層雜波區(qū)域識別方法。
背景技術(shù)：
當高頻雷達發(fā)射信號或目標回波信號中部分能量沒有沿海面?zhèn)鞑ィ恰靶孤钡?電離層，并由電離層反射后通過不同路徑反射回雷達接收機，現(xiàn)有的高頻雷達發(fā)射信號的 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傳播路線示意圖，圖 2所示是天海地路徑的信號傳播路線示意圖，圖3所示是海天地路徑的信號傳播路線示意 圖，圖4所示是天海天地路徑的信號傳播路線示意圖，從而形成電離層雜波。電離層雜波幾 乎可以影響到IOOkm距離外雷達探測范圍內(nèi)的所有區(qū)域的RD譜。實際觀測發(fā)現(xiàn)，無論從強 度還是影響范圍來講，電離層雜波都是影響高頻雷達檢測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-時特性、極化特性、或利用輔助天線對電離層干擾 進行抑制處理。以空時自適應處理(STAP)方法為例，在處理過程中一般先通過對多次掃描 得到的(雜波)數(shù)據(jù)進行訓練從而得到電離層雜波的統(tǒng)計信息，然后利用該信息對當前數(shù) 據(jù)中的雜波進行對消。但實際處理過程中，即使雜波具有一定方向性，也很難事先預估雜波 方位，因此對消過程往往是對全方向數(shù)據(jù)進行處理。顯然，對于含有雜波的區(qū)域進行處理， 可以得到較理想的結(jié)果，但對沒有被污染的(距離或Doppler)區(qū)域進行上述處理就難免將 目標也當作雜波對消掉。其次，訓練數(shù)據(jù)中若包括目標等其它異質(zhì)雜波也會影響訓練學習 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檢測的干擾，經(jīng) 過處理的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 別方法，一方面協(xié)助對消方法自動尋找雜波區(qū)域以避免對目標的誤處理，另一方面，也可以 用于對雷達性能的評估，從而協(xié)助選頻或?qū)走_進行智能評價和管理。通過大量觀測發(fā)現(xiàn)，對高頻地波雷達(HFSWR)產(chǎn)生主要影響的電離層雜波主要來 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、擴展F層雜波。由于擴展E層、F層雜波(為方便敘述，以下簡 稱為擴展電離層雜波)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 HFSffR性能威脅也最大，但是對這兩類電離層雜波的檢測識別仍然是個無法解決的問題。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不能有效確定雜波的方向性以及無 法識別雜波區(qū)域的問題，從而提供一種基于距離-多普勒譜的電離層雜波區(qū)域識別方法?；诰嚯x-多普勒譜的電離層雜波區(qū)域識別方法，它由以下步驟實現(xiàn)步驟一、采用Otsu法對高頻雷達的RD譜分割為強散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散射區(qū) 和參考噪聲區(qū)四個區(qū)域；所述強散射區(qū)中包括一階海雜波、電離層雜波和船目標及地物雜 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散射區(qū)中的一階海雜波；然后再采用采樣占有率檢測模塊進一步剔除步驟一中所述的強散射區(qū)中的海雜波和船 目標及地物雜波；步驟三、采用卷積模板檢測模塊對步驟二中所述剔除一階海雜波和船目標及地物 雜波后的強散射區(qū)進行檢測，獲得電離層雜波區(qū)域的識別結(jié)果并輸出。步驟一中所述采用Otsu法對高頻雷達的RD譜分割為強散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散 射區(qū)和參考噪聲區(qū)四個區(qū)域，其方法是步驟A、通過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是高頻雷達的RD譜中采樣單元的對數(shù)幅度；s是高頻雷達的RD譜中單元 的分割標識，使用0或1表達，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高頻雷達的RD譜進行平滑預處理，然后采用脊檢 測的方法對平滑預處理后的高頻雷達的RD譜進行一階海雜波檢測；然后對處理結(jié)果采用 圖像形態(tài)學中的腐蝕方法進行濾波；最后結(jié)合譜特征準則、對稱準則、連續(xù)平滑準則和SNR 準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模塊進一步剔除步驟一中所述的強散射區(qū)中 的海雜波和船目標及地物雜波，其方法是首先計算高頻雷達的RD譜中強散射類的采樣占有率srP4
I Nvsr￥A =——δ (v.)
Nv i=\式中NV是一個距離單元內(nèi)Doppler單元總數(shù)；δ ( □)是采樣屬于強散射區(qū)的標 識；
= 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，設定門限I\P4，當強散射類的采樣占有率srP4小于門限Thdp4時，將該距離單元定義為非擴展電離 層雜波區(qū)域，從而實現(xiàn)剔除步驟一中所述的強散射區(qū)中的海雜波和船目標及地物雜波。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回波譜中電離層雜 波識別方法，該方法可以完成對RD譜中的擴展E層、F層電離層雜波的自動提取和識別，并 能夠準確的獲得方位、強度、影響范圍信息，極大的減低了目標誤處理的可能性。


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是具體實施方式
一中對高頻雷達的RD譜進行區(qū)域分割的原理示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、結(jié)合圖5和圖6說明本具體實施方式
，基于距離-多普勒譜的電 離層雜波區(qū)域識別方法，它由以下步驟實現(xiàn)步驟一、采用Otsu法對高頻雷達的RD譜分割為強散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散射區(qū) 和參考噪聲區(qū)四個區(qū)域；所述強散射區(qū)中包括一階海雜波、電離層雜波和船目標及地物雜 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散射區(qū)中的一階海雜 波；然后再采用采樣占有率檢測模塊進一步剔除步驟一中所述的強散射區(qū)中的海雜波和船 目標及地物雜波；步驟三、采用卷積模板檢測模塊對步驟二中所述剔除一階海雜波和船目標及地物 雜波后的強散射區(qū)進行檢測，獲得電離層雜波區(qū)域的識別結(jié)果并輸出。步驟一中所述采用Otsu法對高頻雷達的RD譜分割為強散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散 射區(qū)和參考噪聲區(qū)四個區(qū)域，其方法是步驟Α、通過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是高頻雷達的RD譜中采樣單元的對數(shù)幅度；s是高頻雷達的RD譜中單元 的分割標識，使用0或ι表達，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高頻雷達的RD譜進行平滑預處理，然后采用脊檢 測的方法對平滑預處理后的高頻雷達的RD譜進行一階海雜波檢測；然后對處理結(jié)果采用 圖像形態(tài)學中的腐蝕方法進行濾波；最后結(jié)合譜特征準則、對稱準則、連續(xù)平滑準則和SNR 準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模塊進一步剔除步驟一中所述的強散射區(qū)中 的海雜波和船目標及地物雜波，其方法是首先計算高頻雷達的RD譜中強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)域識別方法，其特征是它由以下步驟實現(xiàn)步驟一、采用Otsu法對高頻雷達的RD譜分割為強散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散射區(qū)和參考噪聲區(qū)四個區(qū)域；所述強散射區(qū)中包括一階海雜波、電離層雜波和船目標及地物雜波；步驟二、采用一階海雜波剔除模塊剔除步驟一中所述的強散射區(qū)中的一階海雜波；然 后再采用采樣占有率檢測模塊進一步剔除步驟一中所述的強散射區(qū)中的海雜波和船目標 及地物雜波；步驟三、采用卷積模板檢測模塊對步驟二中所述剔除一階海雜波和船目標及地物雜波 后的強散射區(qū)進行檢測，獲得電離層雜波區(qū)域的識別結(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)域識別方法，其特征在 于步驟一中所述采用Otsu法對高頻雷達的RD譜分割為強散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散射區(qū)和 參考噪聲區(qū)四個區(qū)域，其方法是步驟A、通過最大化類間方差法選取門限‘，并采用所述門限^將高頻雷達的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是高頻雷達的RD譜中采樣單元的對數(shù)幅度；s是高頻雷達的RD譜中單元的分 割標識，使用0或1表達，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高頻雷達的RD譜進行平滑預處理，然后采用脊檢測的 方法對平滑預處理后的高頻雷達的RD譜進行一階海雜波檢測；然后對處理結(jié)果采用圖像 形態(tài)學中的腐蝕方法進行濾波；最后結(jié)合譜特征準則、對稱準則、連續(xù)平滑準則和SNR準則 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)域識別方法，其特征在 于步驟三中所述采用采樣占有率檢測模塊進一步剔除步驟一中所述的強散射區(qū)中的海雜 波和船目標及地物雜波，其方法是首先計算高頻雷達的RD譜中強散射類的采樣占有率srp4 #p4=丄穸 Nvtt式中NV是一個距離單元內(nèi)Doppler單元總數(shù)；δ ( □)是采樣屬于強散射區(qū)的標識；^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，設定門限 Thdp4,當強散射類的采樣占有率srP4小于門限Thdp4時，將該距離單元定義為非擴展電離層 雜波區(qū)域，從而實現(xiàn)剔除步驟一中所述的強散射區(qū)中的海雜波和船目標及地物雜波。
全文摘要
基于距離-多普勒譜的電離層雜波區(qū)域識別方法，涉及一種電離層雜波區(qū)域識別方法。它解決了傳統(tǒng)方法在抑制電離層雜波時不能有效確定雜波的方向性以及無法識別雜波區(qū)域的問題。其方法采用Otsu法將高頻雷達的距離-多普勒(Range-Doppler，RD)譜分割為強散射區(qū)、中等散射區(qū)、弱散射區(qū)和參考噪聲區(qū)四個區(qū)域；采用一階海雜波剔除模塊剔除強散射區(qū)中的一階海雜波；然后再采用采樣占有率檢測模塊進一步剔除強散射區(qū)中的船目標及地物雜波；采用卷積模板檢測模塊對剔除一階海雜波和船目標及地物雜波后的強散射區(qū)進行檢測，獲得電離層雜波區(qū)域的識別結(jié)果并輸出。本發(fā)明適用于電離層雜波區(qū)域的識別。
文檔編號G01S7/41GK102141610SQ20101060227
公開日2011年8月3日 申請日期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 申請人:哈爾濱工業(yè)大學