海雜波背景下基于預(yù)白化比率中值檢測(cè)器的目標(biāo)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種海雜波背景下基于預(yù)白化比率 中值檢測(cè)器的目標(biāo)檢測(cè)方法，可用于海雜波背景下的目標(biāo)檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 海雜波是由大量相互獨(dú)立的海面散射體的后向散射向量相互疊加形成的，是影響 海面目標(biāo)檢測(cè)的關(guān)鍵因素。當(dāng)高分辨率雷達(dá)工作在小擦地角的情況下時(shí)，海雜波的幅度分 布與瑞利分布相比會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)的"拖尾"，海雜波呈現(xiàn)出較強(qiáng)的非高斯性。海雜波K分布模型是 描述非瑞利包絡(luò)雜波的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)模型，在高分辨率雷達(dá)、小擦地角、非均勻環(huán)境下的海雜波 可用海雜波K分布很好地描述。早在上世紀(jì)40年代，恒虛警技術(shù)就已經(jīng)是雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域 里的重要研究?jī)?nèi)容。目前，國(guó)際上已有相對(duì)成熟的整套的CFAR檢測(cè)理論和方法。文獻(xiàn)"時(shí)艷 玲，水鵬朗.ANMF和CM-CFAR在K分布雜波下的性能分析.西北大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，42(3): 359-364."中介紹的比率中值檢測(cè)器，利用參考單元的采樣值取中值的方法來(lái)估計(jì)背景雜波的 功率水平。該方法的使用有兩個(gè)重要的前提假設(shè):檢測(cè)單元雜波的統(tǒng)計(jì)特性與參考單元的 統(tǒng)計(jì)特性相同；檢測(cè)單元與參考單元之間是相互獨(dú)立的。但在實(shí)際環(huán)境中，雷達(dá)接收到的回 波信號(hào)存在較強(qiáng)的相關(guān)性，第二個(gè)前提假設(shè)無(wú)法滿足，導(dǎo)致比率中值檢測(cè)方法的性能嚴(yán)重 下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提出一種海雜波背景下基于預(yù)白化比率中值檢測(cè)器的目標(biāo)檢 測(cè)方法，以提高在海雜波背景下的檢測(cè)性能。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下：
[0005] (1)利用雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)射脈沖信號(hào)，雷達(dá)接收機(jī)接收經(jīng)過(guò)海面散射形成的回波數(shù) 據(jù)，構(gòu)建回波數(shù)據(jù)中檢測(cè)單元的觀測(cè)向量z和參考單元的觀測(cè)向量Zk為：
[0007] 其中，Ho表示僅有雜波不存在目標(biāo)的假設(shè)，Hi表示有雜波且存在目標(biāo)的假設(shè)，c表示 檢測(cè)單元的海雜波向量，Ck表示參考單元的海雜波向量，S表示目標(biāo)回波信號(hào)，P表示參考單 元數(shù)目；
[0008] (2)利用最大似然估計(jì)方法，得到回波數(shù)據(jù)中檢測(cè)單元的觀測(cè)向量z和參考單元的 觀測(cè)向量zk的歸一化樣本協(xié)方差矩陣的估計(jì)值M ASGli;
[0009] (3)利用歸一化樣本協(xié)方差矩陣的估計(jì)值對(duì)回波數(shù)據(jù)中檢測(cè)單元的觀測(cè)向 量ζ和參考單元的觀測(cè)向量zk進(jìn)行白化，得到白化后的檢測(cè)單元的觀測(cè)向量i:和白化后的參 考單元的觀測(cè)向量A :
[0011] (4)假設(shè)有雜波且存在目標(biāo)，計(jì)算白化后檢測(cè)單元的觀測(cè)向量i的平均功率e和白 化后參考單元的觀測(cè)向量t的平均功率e k;
[0012] (5)根據(jù)白化后參考單元的觀測(cè)向量&的平均功率ek，計(jì)算P個(gè)參考單元的觀測(cè)向 量的中值功率e m:
[0013] (?)將ek按從小到大的順序排列使其滿足：
[0014] 么irsp
[0015] (5b)按如下公式計(jì)算P個(gè)參考單元的觀測(cè)向量的中值功率值em:
[0017] (6)根據(jù)e和em，計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量ξ:
[0018] C = e/em；
[0019 ] (7)設(shè)置虛警概率Pf a，計(jì)算相應(yīng)的檢測(cè)門限T;
[0020] (8)將檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量ξ與檢測(cè)門限Τ進(jìn)行比較，判斷檢測(cè)單元中目標(biāo)是否存在。如果ξ 2 Τ，則判斷檢測(cè)單元有目標(biāo)，如果ξ<Τ，則判斷檢測(cè)單元沒(méi)有目標(biāo)。
[0021] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] 1)由于本發(fā)明針對(duì)海雜波的相關(guān)性，采用白化方法在檢測(cè)前對(duì)海雜波進(jìn)行白化， 提高了后續(xù)檢測(cè)器的檢測(cè)性能。
[0023] 2)由于本發(fā)明利用雜波數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新海雜波歸一化樣本協(xié)方差矩陣，能夠自適應(yīng) 的與檢測(cè)環(huán)境中的雜波特性相匹配，可以獲得更好的檢測(cè)性能。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0025] 圖2為用本發(fā)明和現(xiàn)有比率中值檢測(cè)器得到的仿真數(shù)據(jù)的目標(biāo)檢測(cè)概率在不同信 雜比下的對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0027]參照?qǐng)D1，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0028] 步驟1，構(gòu)建回波數(shù)據(jù)中檢測(cè)單元的觀測(cè)向量ζ和參考單元的觀測(cè)向量zk。
[0029] 雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)射脈沖信號(hào)，雷達(dá)接收機(jī)接收經(jīng)過(guò)海面散射形成的回波數(shù)據(jù)，該回 波數(shù)據(jù)是包括距離維、波位維和脈沖維的三維數(shù)據(jù)，每個(gè)距離維和波位維構(gòu)成一個(gè)分辨單 元；
[0030] 在回波數(shù)據(jù)中任意選取一個(gè)分辨單元作為檢測(cè)單元，并在檢測(cè)單元周圍選取P個(gè) 分辨單元作為參考單元；
[0031 ] 構(gòu)建回波數(shù)據(jù)中檢測(cè)單元的觀測(cè)向量ζ和參考單元的觀測(cè)向量Zk:
[0032]當(dāng)檢測(cè)單元僅有雜波不存在目標(biāo)時(shí)，z = c，Zk = Ck,
[OO33] 當(dāng)檢測(cè)單元有雜波且存在目標(biāo)時(shí)，z = s+c，zk = ck，即：
[0035]其中，Ho表示僅有雜波不存在目標(biāo)的假設(shè)，出表示有雜波且存在目標(biāo)的假設(shè)，c表示 檢測(cè)單元的海雜波向量，Ck表示參考單元的海雜波向量，s表示目標(biāo)回波信號(hào)，P表示參考單 元數(shù)目。
[0036] 步驟2,利用最大似然估計(jì)方法，得到回波數(shù)據(jù)中檢測(cè)單元的觀測(cè)向量z和參考單 元的觀測(cè)向量Zk的歸一化樣本協(xié)方差矩陣的估計(jì)值兌 ws&i。
[0037] (2.1)假設(shè)有雜波且存在目標(biāo)，將回波數(shù)據(jù)中檢測(cè)單元的觀測(cè)向量z和參考單元的 觀測(cè)向量Zk分別進(jìn)行功率歸一化處理，得到功率歸一化的檢測(cè)單元的觀測(cè)向量2和功率歸 一化的參考單元的觀測(cè)向量t:
[0039]其中，P>2N，N為積累脈沖數(shù)；
[0040] (2.2)根據(jù)上述^，計(jì)算P個(gè)功率歸一化參考單元的協(xié)方差矩陣M:
[0042]其中，（·）H為取共輒轉(zhuǎn)置，Μ的維數(shù)為NXN;
[0043] (2.3)根據(jù)上述協(xié)方差矩陣Μ，計(jì)算&和％的聯(lián)合概率密度函數(shù)/(七^(guò):
[0045] (2.4)將聯(lián)合概率密度函數(shù)/(Μ」取自然對(duì)數(shù)，得到對(duì)數(shù)似然函數(shù)
[0047] (2.5)將對(duì)數(shù)似然函數(shù)對(duì)Μ求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)為零，得到樣本協(xié)方差矩陣的估 計(jì)值.瘋:
[0049] (2.6)將(2.1)中的?和:t代入上述樣本協(xié)方差矩陣的估計(jì)值，得到歸一化 樣本協(xié)方差矩陣的估計(jì)值:
[0051] 步驟3,計(jì)算白化后的檢測(cè)單元的觀測(cè)向量?和白化后的參考單元的觀測(cè)向量％。
[0052] 由于回波數(shù)據(jù)中檢測(cè)單元和參考單元之間以及參考單元和參考單元之間具有相 關(guān)性，需要采用白化方法在檢測(cè)前對(duì)檢測(cè)單元和參考單元進(jìn)行白化，即利用歸一化樣本協(xié) 方差矩陣的估計(jì)值，對(duì)回波數(shù)據(jù)中檢測(cè)單元的觀測(cè)向量ζ和回波數(shù)據(jù)中參考單元的 觀測(cè)向量Zk分別進(jìn)行白化；
[0053] 對(duì)檢測(cè)單元的觀測(cè)向量z進(jìn)行白化，得到白化后的觀測(cè)向量2 :
[0055]對(duì)參考單元的觀測(cè)向量Zk進(jìn)行白化計(jì)算，得到白化后的觀測(cè)向量％
[0057] 步驟4,計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量ξ。
[0058] (4.1)假設(shè)有雜波且存在目標(biāo)，計(jì)算白化后的檢測(cè)單