逆高斯紋理復(fù)合高斯雜波下距離擴(kuò)展目標(biāo)自適應(yīng)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種逆高斯紋理復(fù)合高斯雜波下距 離擴(kuò)展目標(biāo)自適應(yīng)檢測(cè)方法，可用于寬帶雷達(dá)體制下的目標(biāo)檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 雷達(dá)的應(yīng)用主要有兩大方面:一方面是對(duì)大氣、陸地、海洋等進(jìn)行遙感；另一方面 是對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)與識(shí)別。雷達(dá)應(yīng)用依據(jù)的電磁學(xué)原理是:物體會(huì)對(duì)照射到其表面的電磁 波產(chǎn)生散射，而可以通過(guò)截獲的散射電磁波獲得被照射物體的一些相關(guān)信息，如電磁散射 特性、幾何形狀等。在雷達(dá)接收到的電磁回波中，那些不希望探測(cè)的各種散射體產(chǎn)生的電磁 回波，我們視為雜波。雜波是雷達(dá)進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)時(shí)必然存在的重要回波分量，因此對(duì)于探測(cè) 雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)其在雜波背景下準(zhǔn)確而高效地檢測(cè)目標(biāo)是非常重要的。
[0003] 對(duì)海觀測(cè)雷達(dá)接收到雜波稱為海雜波。海雜波比地雜波要復(fù)雜得多，因?yàn)樗粌H 受到雷達(dá)參數(shù)的影響，還受氣候環(huán)境等不確定自然因素的影響。大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和研 究也表明，海雜波平均功率大，時(shí)空相關(guān)性強(qiáng)，統(tǒng)計(jì)特性復(fù)雜，這就給在海雜波背景下進(jìn)行 目標(biāo)檢測(cè)帶來(lái)了困難，我們需要通過(guò)對(duì)海雜波進(jìn)行深入研究來(lái)尋求解決問(wèn)題的方法。當(dāng)前 對(duì)海雜波的研究途徑一般有以下兩種:一種是從散射機(jī)理出發(fā)，研究電磁介質(zhì)與電磁波的 相互作用，提取簡(jiǎn)化模型；另一種是利用大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)研究海雜波的統(tǒng)計(jì)特性。在對(duì)海 雜波進(jìn)行深度認(rèn)知的基礎(chǔ)上，海雜波背景下的目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)也得到了極大地推動(dòng)和發(fā)展。
[0004] 雷達(dá)分辨率較低時(shí)，一個(gè)雷達(dá)分辨單元內(nèi)有大量散射體，海雜波是由大量獨(dú)立散 射體后向散射回波的矢量疊加，根據(jù)中心極限定理，海雜波可以用復(fù)高斯模型描述，幅度服 從瑞利分布，相位服從均勻分布;隨著雷達(dá)分辨率的提高，包含在一個(gè)雷達(dá)分辨單元內(nèi)獨(dú)立 的散射體數(shù)目大大降低，同時(shí)，探測(cè)距離的增加，掠射角減小，導(dǎo)致雷達(dá)回波受到眾多因素 的影響，雷達(dá)回波中出現(xiàn)異常的散射體，導(dǎo)致海雜波幅度分布出現(xiàn)長(zhǎng)拖尾現(xiàn)象，呈現(xiàn)很強(qiáng)的 非高斯特性。通常采用對(duì)數(shù)正態(tài)分布（log-normal)、韋布爾分布(Weibull)和K分布來(lái)描述 長(zhǎng)拖尾的海雜波的幅度分布。與對(duì)數(shù)正態(tài)分布與韋布爾分布相比，K分布可以較好的與實(shí) 驗(yàn)、觀測(cè)數(shù)據(jù)相吻合，同時(shí)可以從物理散射機(jī)理上對(duì)海雜波進(jìn)行解釋，因此被廣泛應(yīng)用。近 年來(lái)，逆高斯紋理復(fù)合高斯分布被用來(lái)描述長(zhǎng)拖尾海雜波的幅度。逆高斯紋理復(fù)合高斯分 布指的是紋理分量服從逆高斯分布的復(fù)合高斯分布。文章"Modelfornon-rayleigh clutteramplitudesusingcompoundinversegaussiandistribution:an experimentalanalysis"通過(guò)用逆高斯紋理復(fù)合高斯分布對(duì)實(shí)測(cè)的海雜波進(jìn)行擬合，說(shuō)明 了在大多數(shù)情況下逆高斯紋理復(fù)合高斯分布對(duì)海雜波的擬合度比對(duì)數(shù)正態(tài)分布、韋布爾分 布、K分布對(duì)海雜波的擬合度高。
[0005] 根據(jù)海雜波的統(tǒng)計(jì)模型設(shè)計(jì)距離擴(kuò)展目標(biāo)的自適應(yīng)檢測(cè)器是學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。 距離擴(kuò)展目標(biāo)指的是高分辨率雷達(dá)下的目標(biāo)。在K分布雜波模型下，學(xué)者們?cè)O(shè)計(jì)了許多距離 擴(kuò)展目標(biāo)的自適應(yīng)檢測(cè)器，但是關(guān)于逆高斯紋理復(fù)合高斯雜波下距離擴(kuò)展目標(biāo)自適應(yīng)檢測(cè) 器的研究很少，因此在逆高斯紋理復(fù)合高斯雜波下研究設(shè)計(jì)距離擴(kuò)展目標(biāo)的自適應(yīng)檢測(cè)器 是很有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種逆高斯紋理復(fù)合高斯雜波下 距離擴(kuò)展目標(biāo)自適應(yīng)檢測(cè)方法。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0008] 一種逆高斯紋理復(fù)合高斯雜波下距離擴(kuò)展目標(biāo)自適應(yīng)檢測(cè)方法，用于寬帶雷達(dá)體 制下的雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)，所述方法包括如下步驟：
[0009] 步驟1，建立雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)的二元假設(shè)模型；
[0010] 步驟2,采用球不變向量過(guò)程模型構(gòu)建逆高斯紋理復(fù)合高斯雜波信號(hào)；
[0011] 步驟3，采用廣義似然比得到逆高斯紋理復(fù)合高斯雜波下距離擴(kuò)展目標(biāo)自適應(yīng)檢 測(cè)器；
[0012]步驟4，確定所述自適應(yīng)檢測(cè)器的檢測(cè)門限；
[0013] 步驟5,獲取雷達(dá)回波數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述自適應(yīng)檢測(cè)器確定所述雷達(dá)回波數(shù)據(jù)的檢 測(cè)統(tǒng)計(jì)量；
[0014] 步驟6,根據(jù)所述檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量和所述檢測(cè)門限判定所述雷達(dá)回波數(shù)據(jù)中是否存在 距離擴(kuò)展目標(biāo)，若所述檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量大于所述檢測(cè)門限，則判定所述雷達(dá)回波數(shù)據(jù)中存在距 離擴(kuò)展目標(biāo);否則判定所述雷達(dá)回波數(shù)據(jù)中不存在距離擴(kuò)展目標(biāo)。
[0015] 本發(fā)明的特點(diǎn)和進(jìn)一步的改進(jìn)為：
[0016] (1)步驟1中，所述建立雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)的二元假設(shè)模型，具體為：
[0017]雷達(dá)目標(biāo)有存在和不存在兩種可能，因此雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)的二元假設(shè)模型如下：
[0018]
[0019]其中，Ho表示雷達(dá)目標(biāo)不存在表示雷達(dá)目標(biāo)存在;zk為待檢測(cè)的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)，zk表示第k個(gè)距離單元的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)，表示Szk=[zk(0)，…，zk(N-l)]T，N表示雷達(dá)發(fā)射脈 沖數(shù)；K表示雷達(dá)目標(biāo)分布的距離單元數(shù)；nk為雜波信號(hào)；p為已知的導(dǎo)向矢量， P= [|..…'·^(^，...,#@_1叫％1的范圍為1<1^1^(1為目標(biāo)的歸一化多普勒頻率;復(fù)矢 量ak為未知的確定參數(shù)，反映目標(biāo)和通道的極化特性，（·，表示轉(zhuǎn)置操作。
[0020] (2)步驟2中，所述采用球不變向量過(guò)程模型構(gòu)建逆高斯紋理復(fù)合高斯雜波信號(hào)， 具體為：
[0021 ]根據(jù)球不變向量過(guò)程模型構(gòu)建雜波信號(hào)nk為；
[0022]
[0023]其中，^為第k個(gè)距離單元雜波的紋理分量；ck表示第k個(gè)距離單元雜波的散斑分 量，ck是均值為零和協(xié)方差矩陣為與的復(fù)高斯向量，E( ·)表示取均值操作，（·）H 表示共輒轉(zhuǎn)置操作；
[0024]假設(shè)紋理分量~服從逆高斯分布，即紋理分量的概率密度函數(shù)為：
[0025]
[0026]其中，λ表示形狀參數(shù)，μ表示尺度參數(shù)。
[0027] (3)步驟3中，所述采用廣義似然比得到逆高斯紋理復(fù)合高斯雜波下距離擴(kuò)展目標(biāo) 自適應(yīng)檢測(cè)器，具體包括如下子步驟：
[0028] (3a)在雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)的二元假設(shè)檢驗(yàn)和逆高斯紋理復(fù)合高斯雜波條件下，確定檢 測(cè)信號(hào)Zk的聯(lián)合概率密度函數(shù)為：
[0029]
[0030]
[0031]其中，| · |表不取方陣的行列式，R為雜波信號(hào)nk的協(xié)方差矩陣，表不為Κ=Αβ((：?=?；Μ;?·(ζι，. . .，zk卜k;H〇)表示在雷達(dá)目標(biāo)不存在的假設(shè)下所述檢測(cè)信號(hào)zk的 聯(lián)合概率密度函數(shù)，f(Z1，. . .，zk |ak，表示在雷達(dá)目標(biāo)存在的假設(shè)下所述檢測(cè)信號(hào)zk 的聯(lián)合概率密度函數(shù)，P為已知的導(dǎo)向矢量，L的范圍為1 <L<N，復(fù)矢量ak為未知的確定參數(shù)；
[0032] (3b)根據(jù)紋理分量~的概率密度函數(shù)、所述檢測(cè)信號(hào)zk的聯(lián)合概率密度函數(shù)，采用 廣義似然比得到檢測(cè)規(guī)則式如下：
[0033]
[0034] 其中，max表示取最大值操作，^表示不等式左邊大于右邊為目標(biāo)存在出情況，不等 式左邊小于右邊為目標(biāo)不存在Ho情況，γ表示檢測(cè)器的檢測(cè)門限；
[0035] (3c)根據(jù)所述檢測(cè)規(guī)則式，得到參數(shù)ak的估計(jì)值：
[0036]
[0037] (3d)采用所述參數(shù)ak的估計(jì)值，對(duì)所述檢測(cè)規(guī)則式進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到簡(jiǎn)化后的檢測(cè)規(guī)則式：
[0038]
[0039] (3e)根據(jù)所述簡(jiǎn)化后的檢測(cè)規(guī)則式，得到初檢測(cè)器為：
[0040]
[00411其中，Kv(x)表示v階第二類修正貝塞爾函數(shù)；
[0042] (3f)采用歸一化樣本協(xié)方差矩陣估計(jì)方法從輔助數(shù)據(jù)uk，k=l，2,…，L中估計(jì)得 到雜波的協(xié)方差矩陣的估計(jì)值f:
[0043]
[0044]其中，Uk為輔助數(shù)據(jù)，表示第k個(gè)距離單元的純雜波數(shù)據(jù)，表示為Uk= [Uk(0)，…，Uk(N-l) ]τ，N表示雷達(dá)發(fā)射脈沖數(shù)，L為輔助數(shù)據(jù)的單元數(shù)；
[0045] (3g)根據(jù)所述初檢測(cè)器和所述雜波的協(xié)方差矩陣的估計(jì)值，得到自適應(yīng)檢測(cè)器 為：
[0046]
[0047] (4)步驟4中，所述確定所述自適應(yīng)檢測(cè)器的檢測(cè)門限，具體為：
[0048]設(shè)置仿真參數(shù)，利用matlab仿真得到純雜波數(shù)