本發(fā)明屬于信號處理技術領域，具體涉及一種海面小目標檢測方法，可用于海面低速微弱目標的識別與跟蹤。

背景技術：

海雜波背景下的低速微弱運動目標檢測方法研究在軍事、民用方面均具有廣闊的應用前景。岸基雷達和機載雷達通常工作在高分辨、快掃描模式下。其中快掃描模式下雷達在每個波位獲得的脈沖數(shù)在10個以下。在這種距離分辨率較高、脈沖數(shù)較少的情況下，如何有效檢測海面小目標一直是一個研究熱點。

隨著雷達分辨率的提高，海雜波表現(xiàn)為強非高斯性，大量的研究使海雜波統(tǒng)計模型不斷的完善，許多自適應檢測方法在此基礎上被提出。自適應檢測方法不僅需要確切的獲得海雜波模型信息還要求脈沖數(shù)足夠多，在脈沖數(shù)較少的情況下，自適應檢測方法不適合對海面低速微弱目標進行檢測。文獻he,y.,guan,j.:meng,x.w.etal.:‘radartargetdetectionandcfarprocessing’,(tsinghuauniversitypress,2011,2stedn.),pp.30-50和文獻watts,s.:‘cell-averagingcfargaininspatiallycorrelatedk-distributedclutter’,ieeeradarsonarnavig.,1996,143,pp.321-327提出的各類基于能量的恒虛警檢測方法由于容易實現(xiàn)、計算速度快被廣泛應用于雷達目標檢測中?；谀芰康暮闾摼瘷z測方法在海雜波統(tǒng)計特性未知、脈沖數(shù)較少的情況下可以使用。但是由于海面微弱目標的回波經(jīng)常被淹沒在強的海雜波中，這使得雷達獲得的信雜比降低，在低信雜比情況下，基于能量的恒虛警檢測方法的檢測性能較低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于方向比率的多幀聯(lián)合海面小目標檢測方法，以提高在快掃描模式下對海面低、慢、小目標的檢測性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案包括如下：

(1)利用雷達發(fā)射機發(fā)射連續(xù)的脈沖信號，雷達接收機接收m×i×q維的回波數(shù)據(jù)矩陣x，其中，m表示幀數(shù)，i表示距離單元數(shù)，q表示脈沖數(shù)；

(2)利用回波數(shù)據(jù)矩陣x沿著脈沖維求幅度的均值，計算數(shù)據(jù)矩陣z，其中，數(shù)據(jù)矩陣z的第m行i列的數(shù)據(jù)為z(m,i)：

||表示取模，x(m,i,q)表示回波數(shù)據(jù)矩陣x第m行i列q頁的數(shù)據(jù)；

(3)設計方向匹配濾波器；

(3a)給定窗長2l+1，確定水平濾波器h，其中，l為正整數(shù)，水平濾波器h的第x行y列的值為：

(3b)利用水平濾波器h，保證所有方向都被搜索到，設計方向匹配濾波器：

其中，wj(θj)表示第j個方向的方向匹配濾波器，θj表示第j個旋轉(zhuǎn)角度，j表示方向匹配濾波器的個數(shù)，j≥2l；

(4)給定參考單元個數(shù)r，利用方向匹配濾波器，計算待檢測單元d的檢驗統(tǒng)計量ξd；

(4a)在數(shù)據(jù)矩陣z中，以待檢測單元d為中心，選取(2l+1)×(2l+1)維數(shù)據(jù)為模版矩陣，將模版矩陣分別與每個方向匹配濾波器點乘并對點乘結果中的所有元素進行累積求和，得到待檢測單元d在每個方向上的累積和；

(4b)選取待檢測單元d周圍的r個單元作為參考單元，利用r個參考單元分別替換步驟(4a)中的待檢測距離單元d，得到每個參考單元在每個方向上的累積和，再在每個方向上選取出r個累積和中的最大值；

(4c)利用待檢測單元d在每個方向上的累積和與r個參考單元在每個方向上的累積和的最大值，計算待檢測單元d的檢驗統(tǒng)計量ξd：

其中，max()表示取最大值，st表示待檢測單元d在第t個方向上的累積和，nt表示r個參考單元在第t個方向上的累積和的最大值，t＝1,2,...,j；

(5)根據(jù)系統(tǒng)給定的虛警概率p，通過蒙特卡羅實驗計算檢測門限t；

(6)通過比較檢驗統(tǒng)計量ξd和檢測門限t的大小判斷出目標是否存在：如果ξd≥t，則表明待檢測距離單元d有目標，如果ξd＜t，則表明待檢測距離單元d沒有目標。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術比較具有以下優(yōu)點：

1)由于本發(fā)明在海雜波統(tǒng)計特性未知、脈沖數(shù)較少的情況下仍適用，相比已有的自適應檢測方法，更具有廣泛性。

2)由于本發(fā)明利用到幀間的回波信息，相比已有的基于能量的恒虛警檢測方法，更適合用于快速掃描模式下。

3)由于本發(fā)明基于能量在方向上的累積且保證在所有方向均進行搜索，利用到目標運動方向的信息，相比已有的基于能量的恒虛警檢測方法，提高了快速掃描模式下雷達對海面低、慢、小目標的檢測性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實現(xiàn)流程圖；

圖2為用本發(fā)明和現(xiàn)有方法在實測海雜波數(shù)據(jù)下進行目標檢測的結果圖；

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明：

參照圖1，本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下：

步驟1，獲取回波數(shù)據(jù)。

利用雷達發(fā)射機發(fā)射連續(xù)的脈沖信號，雷達接收機接收m×i×q維的回波數(shù)據(jù)矩陣x，其中，m表示幀數(shù)即掃描數(shù)，i表示距離單元數(shù)，q表示積累脈沖數(shù)。

步驟2，利用回波數(shù)據(jù)矩陣x沿著脈沖維求幅度的均值，計算數(shù)據(jù)矩陣z，其中，數(shù)據(jù)矩陣z的第m行i列的數(shù)據(jù)為z(m,i)：

||表示取模，x(m,i,q)表示回波數(shù)據(jù)矩陣x第m行i列q頁的數(shù)據(jù)。

步驟3，設計方向匹配濾波器。

(3.1)給定窗長2l+1，確定水平濾波器h，其中水平濾波器h的第x行y列的值：x＝-l,-l+1,...,l-1,l，y＝-l,-l+1,...,l-1,l，l為正整數(shù)，為獲得更好的檢測性能l≥4，本實例取l＝4；

(3.2)利用水平濾波器h，保證所有方向都被搜索到，設計方向匹配濾波器：

wj(θj)＝h(xcosθj-ysinθj,xsinθj+ycosθj)

其中，wj(θj)表示第j個方向的方向匹配濾波器；θj表示第j個旋轉(zhuǎn)角度，其為第j個方向的方向匹配濾波器的自變量；j表示方向匹配濾波器的個數(shù)，j≥2l，本實例取j＝16。

步驟4，計算待檢測單元d的檢驗統(tǒng)計量。

(4.1)在數(shù)據(jù)矩陣z中，以待檢測單元d為中心，選取(2l+1)×(2l+1)維數(shù)據(jù)為模版矩陣，將模版矩陣與方向匹配濾波器點乘并對點乘結果中的所有元素進行累積求和，得到待檢測單元d在每個方向上的累積和；

(4.2)給定參考單元個數(shù)r,選取待檢測單元d周圍的r個單元作為參考單元，利用r個參考單元分別替換步驟(4.1)中的待檢測距離單元d，得到每個參考單元在每個方向上的累積和，再在每個方向上選取出r個累積和中的最大值；

(4.3)利用待檢測單元d在每個方向上的累積和與r個參考單元在每個方向上的累積和的最大值，計算待檢測單元d的檢驗統(tǒng)計量ξd：

其中，max()表示取最大值，st表示待檢測單元d在第t個方向上的累積和，nt表示r個參考單元在第t個方向上的累積和的最大值，t＝1,2,...,j。

步驟5，根據(jù)系統(tǒng)給定的虛警概率p，通過蒙特卡羅實驗計算檢測門限t。

(5.1)在數(shù)據(jù)矩陣z中選取v個純雜波單元作為訓練單元，v≥100/p，本實例取v＝100/p；

(5.2)利用v個訓練單元分別替換步驟4中的待檢測距離單元d，重復步驟4得到每個訓練單元的檢驗統(tǒng)計量；

(5.3)將得到的v個檢驗統(tǒng)計量按降序排列，取排列后的第[vp]個檢驗統(tǒng)計量作為檢測門限t，其中[vp]表示不超過實數(shù)vp的最大整數(shù)。

步驟6，通過比較檢驗統(tǒng)計量ξd和檢測門限t的大小判斷出目標是否存在：

如果ξd≥t，則表明待檢測距離單元d有目標，

如果ξd＜t，則表明待檢測距離單元d沒有目標。

下面結合仿真實驗對本發(fā)明的效果做進一步說明。

一.實驗數(shù)據(jù)

本實例使用csir在南非采集的實測海雜波數(shù)據(jù)tfc15-002，雷達載波頻率為9兆赫茲,脈沖重復頻率為5000赫茲,低略射角情況下距離分辨力為15米,使用垂直極化方式。選取數(shù)據(jù)脈沖數(shù)為4，距離單元數(shù)為96，幀數(shù)為109，目標按照模型swerlingi仿真從第20個距離單元加至第50個距離單元。

二.仿真實驗

取虛警概率p＝10^-3，參考單元數(shù)為24個，利用本發(fā)明和現(xiàn)有基于功率中值-恒虛警檢測方法cm-cfar，分別對目標進行檢測，檢測結果如圖2所示，其中，圖2中的橫軸表示仿真目標的平均功率，縱軸表示檢測概率。

由圖2可以看出，在同一平均信雜比水平下，本發(fā)明的檢測概率遠高于現(xiàn)有方法的檢測概率，特別是當平均信雜比到達12分貝，本發(fā)明檢測概率接近1，基于功率中值-恒虛警檢測方法的檢測概率甚至低于0.4不能滿足實際工程需要?？梢姡诳焖賿呙枘Ｊ较卤景l(fā)明對海面低速漂浮小目標的檢測性能明顯優(yōu)于現(xiàn)有方法的檢測性能。