基于相关特性的阵列地波雷达海杂波背景下目标检测方法技术

基于相关特性的阵列地波雷达海杂波背景下目标检测方法，包括选择用于相关性检测的相干积累时间参数，对阵列式地波雷达每个阵元接收到的多通道时域数据进行脉冲压缩，再经相干积累得到通道‑距离‑多普勒谱；计算多通道‑距离‑多普勒谱沿距离维、沿多普勒维的相关值；确定检测阈值；最后采用通道‑距离维检测和通道‑多普勒维二维复合检测加极值检测的方法，输出目标位置。本发明专利技术提降低了对海杂波、噪声等区域识别的依赖且无需准确的背景杂波模型，有效实现了海杂波内目标的检测，这是常规幅度阈值检测难以达到的，且消除了地波雷达距离‑多普勒谱中的噪声基底对相关计算的不利影响，通过对雷达回波对象自身暗含信息的利用，更加贴近实际应用。

Target detection method of array ground wave radar in sea clutter background based on correlation characteristics

【技术实现步骤摘要】
基于相关特性的阵列地波雷达海杂波背景下目标检测方法
本专利技术涉及一种阵列式地波雷达目标的检测方法，具体涉及一种基于目标相关特性的阵列式地波雷达海杂波背景下的目标二维检测方法。
技术介绍
地波雷达，又称为高频表面波雷达，工作于高频(3～30MHz)频段，利用垂直极化的高频电磁波沿海表面绕射传播特性，能够探测到视距以外的目标。和其它的海洋监测设备相比，地波雷达具有测量精度高、监测面积大、投资较少的优点，同时由于地波雷达架设在岸边，系统工作基本上不受自然环境的影响，因此能够对海洋进行全天候的实时监测。地波雷达在监测我国专属经济区、维护国家权益、保护海洋环境等方面具有重要作用。在海上目标监视监测应用中，船只目标能够被地波雷达探测到，需满足两个条件:一是目标具有较大的散射截面积，能够在雷达回波中具有较高的散射强度；二是目标相对于雷达有一定的运动速度，能够产生与海杂波等干扰不同的多普勒频移，使其从杂波及干扰中凸显出来。地波雷达海杂波是地波雷达发射的高频无线电波与海浪相互作用而散射回来的信号，分为一阶、二阶及高阶海杂波。其中，一阶海杂波表现为一对展宽的双峰，能量很强，通常在较大的频谱范围内抬高检测基底，导致杂波被误检为船只目标，而部分船只无法被测出。在海杂波谱区，将造成目标检测盲区，降低了雷达对目标的探测能力。这种不利影响的持续性强，空间跨度大，因而实现海杂波背景下的有效目标检测，是提高地波雷达海面目标探测能力的重要途径。常用的地波雷达幅值检测方法有均值类恒虚警检测器(CA-CFAR)[1]、排序统计类恒虚警检测器(OS-CFAR)[2]和自适应回归CFAR检测器[3]。其中，CA-CFAR检测方法适合均匀杂波背景，当参考窗长度趋近于无穷时，可达到理想检测器的性能。一般来说，滑窗范围越大，CFAR损失越小，但可能无法形成有效的局部估计。但是在杂波边缘和多目标环境下，噪声的估计值将会过高，导致目标漏检，检测性能下降。OS-CFAR检测方法对弱杂波具有一定的抑制能力，在强杂波区检测性能下降。自适应回归CFAR检测方法[4]对电离层干扰、低速区杂波干扰具有一定的抑制效果，但在均匀检测背景区，检测性能不如CA-CFAR和OS-CFAR。通常情况下，为得到更好的检测结果，在实际检测过程中需要通过复杂的区域识别算法先对RD谱进行分割，识别出不同杂波区，然后基于不同杂波类型选择适合的CFAR检测方法改善整体检测性能，但海杂波内的目标检测效果仍不理想。在文献[5]中，提出了距离维相关性检测方法，并通过了实测数据的检验，表明相关性检测在地波雷达目标检测尤其是海杂波背景下的目标检测方面的应用潜力。相关的参考文献如下：[1]王祎鸣,张杰,纪永刚,楚晓亮.基于AIS距离-多普勒投影的地波雷达CFAR检测验证方法,海洋学报.2015,37(4):76-82.[2]H.,Rohling.NewCFARprocessorbasedonorderedstatistic[J].InternationalRadarConferenceofIEEE,1984:38-42.[3]H.,Rohling.RadarCFARthresholdinclutterandmultipletargetsituations[J].IEEETranonAerospaceandElectronicSystems,1983,19:608-621.[4]JiYonggang,XuLeda,WangYiming,andChuXiaoliang.ShipDetectioninStrongClutterEnvironmentBasedonAdaptiveRegressionThresholdingforHFSWR,2014InternationalConferenceonComputerScienceandElectronicTechnology(ICCSET2014),AtlantisPress,pp.352-355.[5]GuptaA,FickenscherT.CorrelationdetectorforHFsurfacewaveradar[C].IetInternationalConferenceonRadarSystems.IET,2012:212-216.
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种基于目标相关性的阵列式地波雷达海杂波背景下的目标检测方法，降低常规检测方法对海杂波、噪声等区域识别的依赖且无需准确的背景杂波模型，尤其是能够解决海杂波内目标无法检测的难题。该方法在阵列式地波雷达探测海面目标的过程中，利用船只目标回波和海杂波在空间-距离以及空间-频率联合维度的回波相关性差异，这种差异体现在雷达阵列接收通道间多普勒信号方位项的空间相关性以及多普勒信号沿着距离项的空间相关性。通过突显两者差异的相关性计算以及制定适合的检测阈值，在距离项和多普勒项两个维度分别完成相关性检测，综合距离项、多普勒项检测结果，再结合峰值检测，实现海杂波背景下甚至海杂波盲区内的目标检测。为了实现上述目的，本专利技术给出了一种基于二维相关性的阵列式地波雷达海杂波背景下的目标检测方法的技术方案，基于相关性检测的流程示意图见图1，其特征在于包括以下步骤：步骤1：在300±100秒范围中选择用于相关性检测的相干积累时间参数，对阵列式地波雷达每个阵元接收到的多通道时域数据进行脉冲压缩，再经相干积累得到通道-距离-多普勒谱；定义待检测矢量为AkRiDj，其中Ak表示雷达通道，k表示通道序号；Ri表示Ak雷达通道中的第i个距离单元，i表示该雷达通道中的距离单元序数，Dj表示Ak雷达通道中的第j个多普勒单元，j表示该雷达通道中的多普勒单元序数。步骤2：计算多通道-距离-多普勒谱沿距离维、沿多普勒维的相关值：多通道-距离-多普勒谱在距离维的相关值：其中，K为雷达通道数，及分别为其各自角标对应的多通道-距离-多普勒谱的平均值，i为当前距离单元，n为与当前距离单元i的间隔数，n为正整数；j表示一个雷达通道中的第j个多普勒单元；多通道-距离-多普勒谱在多普勒维的相关值：其中，K为雷达通道数，及分别为其各自角标对应的多通道-距离-多普勒谱的平均值，i为当前距离单元，m为与当前多普勒单元j的间隔数，m为正整数；j表示一个雷达通道中的第j个多普勒单元；步骤3：检测阈值的确定：阵列地波雷达不同方位回波之间的空间矢量相关值计算方式为：其中，Aθ为阵列空间矢量，及分别为其各自角标对应的阵列空间矢量的平均值，Δθ为方位间隔，以度为单位；θ为方位，以度为单位；利用公式(三)计算地波雷达不同方位回波之间的阵列空间矢量相关值；多普勒维相邻距离的阵列空间矢量检测阈值的确定：首先相邻距离—即与当前距离单元的间隔数决定了船只目标在步骤1中确定的相干积累时间内的最大运动距离，该距离可以转化为目标在积累时间的初始方位和积累时间结束所处方位间的最大方位差，其次再搜寻雷达探测范围内，不同初始方位阵列空间矢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于相关性的阵列地波雷达海杂波背景下目标检测方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤1：在300±100秒范围中选择用于相关性检测的相干积累时间参数，对阵列式地波雷达每个阵元接收到的多通道时域数据进行脉冲压缩，再经相干积累得到通道-距离-多普勒谱；定义待检测矢量为A

【技术特征摘要】
1.基于相关性的阵列地波雷达海杂波背景下目标检测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：在300±100秒范围中选择用于相关性检测的相干积累时间参数，对阵列式地波雷达每个阵元接收到的多通道时域数据进行脉冲压缩，再经相干积累得到通道-距离-多普勒谱；定义待检测矢量为AkRiDj，其中Ak表示雷达通道，k表示通道序号；Ri表示Ak雷达通道中的第i个距离单元，i表示该雷达通道中的距离单元序数，Dj表示Ak雷达通道中的第j个多普勒单元，j表示该雷达通道中的多普勒单元序数；
步骤2：计算多通道-距离-多普勒谱沿距离维、沿多普勒维的相关值：
多通道-距离-多普勒谱在距离维的相关值：



其中，K为雷达通道数，及分别为其各自角标对应的多通道-距离-多普勒谱的平均值，i为当前距离单元，n为与当前距离单元i的间隔数，n为正整数；j表示一个雷达通道中的第j个多普勒单元；
多通道-距离-多普勒谱在多普勒维的相关值：



其中，K为雷达通道数，及分别为其各自角标对应的多通道-距离-多普勒谱的平均值，i为当前距离单元，m为与当前多普勒单元j的间隔数，m为正整数；j表示一个雷达通道中的第j个多普勒单元；
步骤3：检测阈值的确定：
阵列地波雷达不同方位回波之间的空间矢量相关值计算方式为：



其中，Aθ为阵列空间矢量，及分别为其各自角标对应的阵列空间矢量的平均值，Δθ为方位间隔，以度为单位；θ为方位，以度为单位；
利用公式(三)计算地波雷达不同方位回波之间的阵列空间矢量相关值；
多普勒维相邻距离的阵列空间矢量检测阈值的确定：首先相邻距离——即与当前距离单元的间隔数决定了船只目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：王祎鸣，张杰，纪永刚，
申请(专利权)人：国家海洋局第一海洋研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37