海杂波背景下子带自适应GLRT‑LTD检测方法技术

本发明专利技术属于雷达目标检测领域，具体涉及海杂波背景下子带自适应GLRT‑LTD检测方法。其具体步骤为：利用离散傅里叶变换(DFT)调制滤波器组对雷达接收的海面回波时间序列进行子带分解，得出离散傅里叶变换调制滤波器组中每个子带滤波器的子带分解信号，第k个子带滤波器的子带分解信号表示为Xk；对第k个子带滤波器的子带分解信号Xk进行下K1采样，得到对应的下K1采样后信号；确定第k个子带滤波器对应的海杂波Pareto幅度分布模型的尺度参数λk和形状参数ηk；得出第k个子带经下K1采样后的子带自适应GLRT‑LTD检测统计量

【技术实现步骤摘要】
海杂波背景下子带自适应GLRT-LTD检测方法
本专利技术属于雷达目标检测领域，具体涉及一种在海杂波背景下的子带自适应GLRT-LTD(广义似然比-线性门限检测器)的检测方法。
技术介绍
海杂波背景下微弱目标检测一直是海洋监视雷达的主要任务之一。针对空变和时变的海杂波统计特性，采用匹配于海杂波特性的自适应动目标检测方法被认为是行之有效的途径。匹配于海杂波特性的自适应检测器一般包含两部分：自适应海杂波抑制和目标回波的匹配滤波器接收。现有的自适应检测器大多基于下面两个基本假设：海杂波相干累积时间之内是平稳的；下相当大的距离范围海杂波是空间均匀的。但是，实际情况是：海杂波是短时平稳但长时非平稳的，在局部距离区间上均匀而在大的距离区间内非均匀。上述两个基本条件不满足时，自适应检测方法的性能会严重下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出海杂波背景下子带自适应GLRT-LTD检测方法，实现了对海杂波背景下微弱目标的检测。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。海杂波背景下子带自适应GLRT-LTD检测方法包括以下步骤：步骤1，利用雷达接收海面回波信号，利用离散傅里叶变换调制滤波器组对雷达接收的海面回波信号进行子带分解，得出离散傅里叶变换调制滤波器组中每个子带滤波器的子带分解信号，第k个子带滤波器的子带分解信号表示为Xk；k＝-K,-K+1,..K-1,K，K是离散傅里叶变换调制滤波器组的正频子带数；步骤2，对第k个子带滤波器的子带分解信号Xk进行下K1采样，得到对应的下K1采样后信号，K1为大于1的自然数；步骤3，确定第k个子带滤波器对应的海杂波Pareto幅度分布模型的尺度参数λk和形状参数ηk；步骤4，得出第k个子带经下K1采样后的子带自适应GLRT-LTD检测统计量其中，|·|表示取模值，M＝N/K1，N表示雷达接收信号的累计脉冲数目，pk是第k个子带对应的下K1采样后信号的多普勒导向矢量，是第k个子带滤波器的子带杂波的归一化协方差矩阵，是第k个子带对应的下K1采样后信号中待检测距离单元的信号，上标H表示矩阵的共轭，上标-1表示矩阵的逆；设定恒虚警门限，如果第k个子带经下K1采样后的子带自适应GLRT-LTD检测统计量大于或等于设定的恒虚警门限，则说明第k个子带对应的下K1采样后信号的待检测距离单元存在目标信号，否则，说明第k个子带对应的下K1采样后信号的待检测距离单元没有目标信号。本专利技术的有益效果为：1)子带自适应广义似然比线性门限检测器利用了海杂波非高斯特性的子带多样性，最优检测器与子带杂波的特性相匹配，因而，子带自适应广义似然比线性门限检测器获得更多好处。2)由于在构造子带检测器时采用了各子带单独检测目标的处理方式，并且各个子带的门限由子带海杂波单独确定，实现准确的检测判决，提高了检测性能。附图说明图1为本专利技术的海杂波背景下子带自适应GLRT-LTD检测方法的流程图；图2为子带自适应广义似然比线性门限检测器的流程图；图3a为仿真实验中对HH极化方式的第一组数据分别采用间接蒙特卡洛实验和直接蒙特卡洛实验得出的恒虚警门限示意图；图3b为仿真实验中对VV极化方式的第一组数据分别采用间接蒙特卡洛实验和直接蒙特卡洛实验得出的恒虚警门限示意图；图3c为仿真实验中对VH极化方式的第一组数据分别采用间接蒙特卡洛实验和直接蒙特卡洛实验得出的恒虚警门限示意图；图3d为仿真实验中对VV极化方式的第二组数据分别采用间接蒙特卡洛实验和直接蒙特卡洛实验得出的恒虚警门限示意图；图4a为仿真实验中对HH极化方式的第一组数据分别采用本专利技术与子带自适应归一化匹配滤波器得出的目标检测概率与信杂噪比的关系示意图；图4b为仿真实验中对VV极化方式的第一组数据分别采用本专利技术与子带自适应归一化匹配滤波器得出的目标检测概率与信杂噪比的关系示意图；图4c为仿真实验中对VH极化方式的第一组数据分别采用本专利技术与子带自适应归一化匹配滤波器得出的目标检测概率与信杂噪比的关系示意图；图4d为仿真实验中对VV极化方式的第二组数据分别采用本专利技术与子带自适应归一化匹配滤波器得出的目标检测概率与信杂噪比的关系示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：为了能够探测海面上诸如小船等的微弱运动目标，自适应检测器的累积时间长达几十毫秒，甚至零点几秒，相应的累积脉冲数增加到几十甚至几百个(这里假定雷达工作在低重复频率模式，脉冲重复频率1000Hz以内)。在亚秒级的累积时间之内，目标的径向速度可以认为是不变的，目标回波服从简单的复幅度乘多普勒导向矢量形式。大累积脉冲数和海杂波短的距离维均匀区间之间的矛盾是海杂波背景下微弱运动目标检测的主要难点。为了解决这一难题并提升微弱运动目标的探测能力，本专利技术把子带自适应检测方案与逆Gamma纹理复合高斯海杂波模型下的最优检测-广义似然比-线性门限检测器相结合，构造了子带自适应广义似然比线性门限检测器。本专利技术的主要贡献体现在两个方面。子带检测方案解决了大累积脉冲数与海杂波非均匀性之间的冲突。最优检测器的使用提升了目标检测的能力。参照图1，为本专利技术的海杂波背景下子带自适应GLRT-LTD检测方法的流程图。该海杂波背景下子带自适应GLRT-LTD检测方法包括以下步骤：步骤1，利用雷达接收海面回波信号，利用离散傅里叶变换(DFT)调制滤波器组对雷达接收的海面回波信号进行子带分解，得出离散傅里叶变换调制滤波器组中每个子带滤波器的子带分解信号，第k个子带滤波器的子带分解信号表示为Xk。具体地说，在步骤1中，通过离散傅里叶变换调制滤波器组获得子带分解信号，离散傅里叶变换调制滤波器组中第k个子带滤波器的频率响应Hk(f)的表达形式如下：其中，L是滤波器的阶数的二分之一，f是频率变量，fr是雷达重复脉冲频率，K是离散傅里叶变换调制滤波器组的正频子带数或负频子带数，k＝-K,-K+1,..K-1,K，总的子带数是2K+1，b(f)表示滤波器在频率域的幅度响应函数。离散傅里叶变换调制滤波器组是由2K+1个滤波器构成的滤波器组。通过上述离散傅里叶变换调制滤波器组，得出第k个子带滤波器的子带分解信号Xk的表达式，上述第k个子带滤波器的子带分解信号Xk的表达式为：Xk＝X*hk其中，X表示雷达接收的回波信号，*表示卷积运算，hk为第k个子带滤波器的时域表达形式。本专利技术实施例中，子带信号Xk可能是子带海杂波与子带目标信号的混合，也可能只包含子带海杂波信号。步骤2，对第k个子带滤波器的子带分解信号Xk进行下K1采样，得到对应的下K1采样后信号。步骤2的具体过程为：对第k个子带滤波器的子带分解信号Xk进行下K1采样，得到下K1采样后信号(具体过程参见《现代信号处理》(胡广书)第五章)，下K1采样后信号Xk可能是目标信号和海杂波信号的混合信号，也可能只包含海杂波信号其中，K1表示设定的采样间隔，是对第k个子带滤波器的子带分解信号Xk进行下K1采样得到的目标信号，是对第k个子带滤波器的子带分解信号Xk进行下K1采样得到的海杂波信号。本专利技术实施例中，雷达接收的回波信号中，待检测距离单元中长度为N(N表示雷达接收信号的累计脉冲数目)的回波信号经过上述子带分解过程和下K1采样后，被分解成2K+1个长度为N/K1的短向量。步骤3，得出第k个子带滤波器对应的本文档来自技高网...

【技术保护点】
海杂波背景下子带自适应GLRT‑LTD检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，利用雷达接收海面回波信号，利用离散傅里叶变换调制滤波器组对雷达接收的海面回波信号进行子带分解，得出离散傅里叶变换调制滤波器组中每个子带滤波器的子带分解信号，第k个子带滤波器的子带分解信号表示为Xk；k＝‑K,‑K+1,..K‑1,K，K是离散傅里叶变换调制滤波器组的正频子带数；步骤2，对第k个子带滤波器的子带分解信号Xk进行下K1采样，得到对应的下K1采样后信号，K1为大于1的自然数；步骤3，确定第k个子带滤波器对应的海杂波Pareto幅度分布模型的尺度参数λk和形状参数ηk；步骤4，得出第k个子带经下K1采样后的子带自适应GLRT‑LTD检测统计量tk,k1=|PkHM^k-1Xk,K1|2(PkHM^k-1Pk)(λk/ηk+Xk,K1HM^k-1Xk,K1)]]>其中，|·|表示取模值，M＝N/K1，N表示雷达接收信号的累计脉冲数目，pk是第k个子带对应的下K1采样后信号的多普勒导向矢量，是第k个子带滤波器的子带杂波的归一化协方差矩阵，是第k个子带对应的下K1采样后信号中待检测距离单元的信号，上标H表示矩阵的共轭，上标‑1表示矩阵的逆；设定恒虚警门限，如果第k个子带经下K1采样后的子带自适应GLRT‑LTD检测统计量大于或等于设定的恒虚警门限，则说明第k个子带对应的下K1采样后信号的待检测距离单元存在目标信号，否则，说明第k个子带对应的下K1采样后信号的待检测距离单元没有目标信号。...

【技术特征摘要】
1.海杂波背景下子带自适应GLRT-LTD检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，利用雷达接收海面回波信号，利用离散傅里叶变换调制滤波器组对雷达接收的海面回波信号进行子带分解，得出离散傅里叶变换调制滤波器组中每个子带滤波器的子带分解信号，第k个子带滤波器的子带分解信号表示为Xk；k＝-K，-K+1，..K-1，K，K是离散傅里叶变换调制滤波器组的正频子带数；步骤2，对第k个子带滤波器的子带分解信号Xk进行下K1采样，得到对应的下K1采样后信号，K1为大于1的自然数；步骤3，确定第k个子带滤波器对应的海杂波Pareto幅度分布模型的尺度参数λk和形状参数ηk；其中，第k个子带对应的下K1采样后信号的待检测距离单元的信号包含M个幅度数据；将M个海杂波幅度数据分别表示为r1，r2，....，rM；其中，M＝N/K1，N表示雷达接收信号的累计脉冲数目；对M个海杂波幅度数据进行升序排列，得到一个递增的序列r(1)，r(2)，....，r(M)，根据下式得出和其中，round(Nα1)表示最接近Nα1的整数，round(Nα2)表示最接近Nα2的整数；α1和α2分别为设定值，0＜α1＜1，0＜α2＜1；建立关于Pareto幅度分布模型的尺度参数和形状参数的方程组：令的取值为令的取值为将和代入关于上述方程组中，得出第k个子带滤波器对应的海杂波Pareto幅度分布模型的尺度参数λk和形状参数ηk；步骤4，得出第k个子带经下K1采样后的子带自适应GLRT-LTD检测统计量其中，|·|表示取模值，pk是第...

【专利技术属性】
技术研发人员：水鹏朗，孟庆霞，刘明，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61