本發(fā)明屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小目標(biāo)檢測(cè)方法，可用于海面低、慢、小目標(biāo)的識(shí)別與跟蹤。

背景技術(shù)：

海雜波背景下的低速微弱目標(biāo)檢測(cè)方法研究在軍事、民用方面均具有廣闊的應(yīng)用前景。岸基雷達(dá)和機(jī)載雷達(dá)通常工作在高分辨、快掃描模式下。其中快掃描模式下雷達(dá)在每個(gè)波位獲得的脈沖數(shù)在10個(gè)以下。在距離分辨率較高、脈沖數(shù)較少的情況下，海面低速微弱運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的難度較高。而掃描內(nèi)出現(xiàn)的海尖峰效應(yīng)更加大了海面目標(biāo)檢測(cè)的難度。

文獻(xiàn)he,y.,guan,j.:meng,x.w.etal.:‘radartargetdetectionandcfarprocessing’,(tsinghuauniversitypress,2011,2stedn.),pp.30-50和文獻(xiàn)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(cè)方法由于容易實(shí)現(xiàn)、計(jì)算速度快被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)中。基于能量的恒虛警檢測(cè)方法在海雜波統(tǒng)計(jì)特性未知、脈沖數(shù)較少的情況下仍可使用。但是，由于微弱目標(biāo)的回波經(jīng)常被淹沒在強(qiáng)的海雜波中使得雷達(dá)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(cè)方法的檢測(cè)性能很差。而且，基于能量的恒虛警檢測(cè)方法也不能減少海尖峰效應(yīng)帶來的大量虛警。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種基于海尖峰抑制和多幀聯(lián)合的小目標(biāo)檢測(cè)方法，以提高在快掃描模式下對(duì)海面低、慢、小目標(biāo)的檢測(cè)性能，降低虛警概率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下：

(1)利用雷達(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)；

(2)利用回波數(shù)據(jù)矩陣x沿著脈沖維求非相干累積，計(jì)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的第m行i列q頁的回波數(shù)據(jù)；

(3)給定第一重檢測(cè)的虛警概率p1和第二重檢測(cè)的虛警概率p，通過蒙特卡羅實(shí)驗(yàn)計(jì)算第一重檢測(cè)門限t1，其中，p1≥p；

(4)根據(jù)第一重檢測(cè)門限t1重新設(shè)置數(shù)據(jù)矩陣z，其中，重新設(shè)置的數(shù)據(jù)矩陣z的第m行i列的數(shù)據(jù)為：

(5)給定窗長2l+1，設(shè)計(jì)方向匹配濾波器；

(6)給定參考單元個(gè)數(shù)r，利用方向匹配濾波器和重新設(shè)置后的數(shù)據(jù)矩陣z，計(jì)算待檢測(cè)單元d的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量ξd；

(7)根據(jù)第二重檢測(cè)的虛警概率p，通過蒙特卡羅實(shí)驗(yàn)計(jì)算第二重檢測(cè)門限t；

(8)比較檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量ξd和第二重檢測(cè)門限t的大小，判斷出目標(biāo)是否存在：

如果ξd≥t，則表明待檢測(cè)距離單元d有目標(biāo)，

如果ξd＜t，則表明待檢測(cè)距離單元d沒有目標(biāo)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明由于基于能量檢測(cè)，相比已有的自適應(yīng)檢測(cè)方法更具有廣泛性，能在海雜波統(tǒng)計(jì)特性未知、脈沖數(shù)較少的情況下對(duì)海面目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

2)本發(fā)明由于基于能量在方向上的累積且保證在所有方向均進(jìn)行搜索，不僅利用了幀間的能量信息還利用了目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向的信息，相比已有的依靠能量的恒虛警檢測(cè)方法，更適合用于在快速掃描模式下對(duì)海面微弱目標(biāo)檢測(cè)。

3)本發(fā)明由于使用雙重檢測(cè)，相比已有方法，能有效抑制海尖峰，提高了在快速掃描模式下雷達(dá)對(duì)海面低、慢、小目標(biāo)的檢測(cè)性能，降低了虛警概率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖2為用本發(fā)明和現(xiàn)有方法在實(shí)測(cè)海雜波數(shù)據(jù)下進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)的結(jié)果圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

參照?qǐng)D1，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1，獲取回波數(shù)據(jù)。

利用雷達(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沿著脈沖維求非相干累積，計(jì)算數(shù)據(jù)矩陣z。

求非相干累積計(jì)算數(shù)據(jù)矩陣z有兩種方法：

第一種是加性累積，其計(jì)算公式為:

其中，z(m,i)表示數(shù)據(jù)矩陣z的第m行i列的數(shù)據(jù)，||表示取模，x(m,i,q)表示回波數(shù)據(jù)矩陣x的第m行i列q頁的回波數(shù)據(jù)；

第二種是乘性累積，其計(jì)算公式為：

其中，z(m,i)表示數(shù)據(jù)矩陣z的第m行i列的數(shù)據(jù)，||表示取模，x(m,i,q)表示回波數(shù)據(jù)矩陣x的第m行i列q頁的回波數(shù)據(jù)；

本實(shí)例使用但不限于使用第二種方法計(jì)算數(shù)據(jù)矩陣z。

步驟3，給定第一重檢測(cè)的虛警概率p1和第二重檢測(cè)的虛警概率p，通過蒙特卡羅實(shí)驗(yàn)計(jì)算第一重檢測(cè)門限t1。

(3.1)在數(shù)據(jù)矩陣z中選取v個(gè)純雜波單元作為訓(xùn)練單元，v≥100/p，本實(shí)例取v＝100/p；

(3.2)取每個(gè)純雜波單元在數(shù)據(jù)矩陣z中對(duì)應(yīng)的值作為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，將得到的v個(gè)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量按降序排列，取排列后的第[vp1]個(gè)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量作為第一重檢測(cè)門限t1，其中[vp1]表示不超過實(shí)數(shù)vp1的最大整數(shù)。

步驟4，根據(jù)第一重檢測(cè)門限t1，重新設(shè)置數(shù)據(jù)矩陣z，其中，重新設(shè)置的數(shù)據(jù)矩陣z的第m行i列的數(shù)據(jù)為：

步驟5，設(shè)計(jì)方向匹配濾波器。

(5.1)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：x＝-l,-l+1,...,l-1,l，y＝-l,-l+1,...,l-1,l，為獲得更好的檢測(cè)性能l≥4，本實(shí)例取l＝4；

(5.2)利用水平濾波器h，保證所有方向都被搜索到，設(shè)計(jì)方向匹配濾波器：

wj(θj)＝h(xcosθj-ysinθj,xsinθj+ycosθj)

其中，wj(θj)表示第j個(gè)方向的方向匹配濾波器；θj表示第j個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，其為第j個(gè)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(gè)數(shù)，j≥2l，本實(shí)例取j＝16。

步驟6，計(jì)算待檢測(cè)單元d的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量。

(6.1)在重新設(shè)置后的數(shù)據(jù)矩陣z中，以待檢測(cè)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(diǎn)乘并對(duì)點(diǎn)乘結(jié)果中的所有元素進(jìn)行累積求和，得到待檢測(cè)單元d在每個(gè)方向上的累積和；

(6.2)給定參考單元個(gè)數(shù)r,選取待檢測(cè)單元d周圍的r個(gè)單元作為參考單元，利用r個(gè)參考單元分別替換步驟(5.1)中的待檢測(cè)距離單元d，得到每個(gè)參考單元在每個(gè)方向上的累積和，再在每個(gè)方向上選取出r個(gè)累積和中的最大值；

(6.3)利用待檢測(cè)單元d在每個(gè)方向上的累積和與r個(gè)參考單元在每個(gè)方向上的累積和的最大值計(jì)算待檢測(cè)單元d的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量ξd：

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

步驟7，根據(jù)系統(tǒng)給定的第二重檢測(cè)虛警概率p，通過蒙特卡羅實(shí)驗(yàn)計(jì)算第二重檢測(cè)門限t。

(7.1)以步驟(3.1)中選取的v個(gè)純雜波單元作為訓(xùn)練單元；

(7.2)利用v個(gè)訓(xùn)練單元分別替換步驟6中的待檢測(cè)距離單元d，重復(fù)步驟6得到每個(gè)訓(xùn)練單元的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量；

(7.3)將得到的v個(gè)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量按降序排列，取排列后的第[vp]個(gè)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量作為檢測(cè)門限t，其中[vp]表示不超過實(shí)數(shù)vp的最大整數(shù)。

步驟8，通過比較檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量ξd和檢測(cè)門限t的大小判斷出目標(biāo)是否存在：

如果ξd≥t，則表明待檢測(cè)距離單元d有目標(biāo)，

如果ξd＜t，則表明待檢測(cè)距離單元d沒有目標(biāo)。

下面結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明的效果做進(jìn)一步說明。

一.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

本實(shí)例使用csir在南非采集的實(shí)測(cè)海雜波數(shù)據(jù)tfc15-002，雷達(dá)載波頻率為9兆赫茲,脈沖重復(fù)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(biāo)按照模型swerlingi仿真從第20個(gè)距離單元加至第50個(gè)距離單元，平均信雜比為10分貝。

二.仿真實(shí)驗(yàn)

令參考單元數(shù)為24個(gè)，利用本發(fā)明和現(xiàn)有基于功率中值-恒虛警檢測(cè)方法cm-cfar，分別對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖2所示，其中：

圖2(a)為使用本發(fā)明取第一重檢測(cè)的虛警概率p1＝10^-2和第二重檢測(cè)的虛警概率p＝10^-3對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果圖，

圖2(b)為使用現(xiàn)有基于功率中值-恒虛警檢測(cè)方法取虛警概率p＝10^-3對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果圖；

圖2中的黑色區(qū)域表示海雜波背景，連成線的白點(diǎn)表示目標(biāo)軌跡，孤立的白點(diǎn)表示海尖峰。

由圖2可以看出，本發(fā)明相比基于功率中值-恒虛警檢測(cè)方法有效的抑制了掃描內(nèi)的海尖峰，得到的目標(biāo)軌跡更加清晰。本發(fā)明的檢測(cè)概率為0.917，基于功率中值-恒虛警檢測(cè)方法的檢測(cè)概率為0.550?？梢?，在快速掃描模式下本發(fā)明對(duì)海面低速漂浮小目標(biāo)的檢測(cè)性能優(yōu)于現(xiàn)有方法的檢測(cè)性能。