弱目标探测的目标检测方法、系统、存储介质和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及雷达信号处理领域，公开了弱目标探测的目标检测方法、系统、存储介质和装置，方法包括：预处理：对雷达回波信号进行下变频、采样和脉冲压缩；距离徙动校正：利用尺度变换算子对回波信号进行距离徙动校正；目标检测：建立杂波轮廓图，并通过杂波轮廓图判断是否有无杂波：若无杂波，则直接进行FFT和CFAR检测；若有杂波，则进行杂波抑制后进行CFAR检测。本发明专利技术采用距离徙动校正的主要目的是为了后续目标能量积累，避免相参积累结果恶化，利用距离徙动校正后的数据应用于杂波轮廓图进行杂波判断，使后续的目标检测是距离徙动校正后的数据，可消除距离徙动校正操作给杂波轮廓图判断杂内杂外带来的影响，使杂波轮廓图建立更准确。

【技术实现步骤摘要】
弱目标探测的目标检测方法、系统、存储介质和装置
本专利技术涉及雷达信号处理领域，尤其涉及弱目标探测的目标检测方法、系统、存储介质和装置。
技术介绍
当雷达进行目标检测时，目标周围总是不能避免的存在着各种背景，如地物、云雨、海浪和金属箔条等，这些背景所产生的回波或人为干扰称之为杂波。杂波的存在严重限制雷达对目标的检能力，尤其低空环境杂波背景复杂，对于鸟类以及无人机这类低空慢速微弱目标而言，极易被杂波和噪声所淹没，导致目标检测失效。因此，杂波抑制和目标检测技术是低空探测雷达信号处理中的关键技术之一。目前国内外主要的杂波抑制与目标检测技术主要包括以下几种：1）动目标显示（MTI）技术MTI其本质是基于回波多普勒信息的提取来区分运动目标与固定杂波。地物等静止杂波的频谱一般集中在零频附近或脉冲重复频率的整数倍附近，因此可以在零频和脉冲重复频率的整数倍附近设置带阻滤波器即MTI滤波器，达到抑制杂波目的。MTI滤波器利用运动目标回波和杂波在频谱上的区别，有效的抑制杂波而提取目标信号。它可以利用延迟线对消器来实现，常用的延迟线对消器有单延迟线对消器和双延迟线对消器。MTI滤波器对于静止杂波抑制效果比较理想，然而雷达工作时遇到的杂波，包括海浪、云雨以及敌人施放的金属箔等，它们都存在内部或外部的运动，再加上风的影响，导致杂波也会产生多普勒频移。这种情况下，MTI技术便不能有效的抑制杂波，提取目标信号，故需要更好的杂波抑制技术。自适应MTI是在MTI的基础上加入了自适应技术，实现自适应的方法有两种：一种是改变MTI滤波器的特性，即移动其凹口使它对准运动杂波的平均多普勒频移；另一种方法是保持MTI滤波器的特性不变，搬移杂波的频谱，即将杂波的频谱移到固定杂波频谱的位置上。实现第二种方法中的频谱搬移可以通过给相参振荡器的频率补偿一个杂波平均多普勒频移来实现。杂波的平均多普勒频移估计是实现自适应MTI的难点，且慢速目标多普勒频移可能和运动杂波多普勒频率接近，在抑制运动杂波的同时，极有可能对目标能量带来损失。2）动目标检测（MTD）技术MTD是在MTI的基础上，增加一组多普勒滤波器，改善滤波器的滤波特性，使之更接近于最佳（匹配）线性滤波，提高改善因子。第一代MTD处理器是二十世纪七十年代初期由美国麻省理工学院的林肯实验室研制成功的，它主要由一个传统的三脉冲对消器级联一个8点的FFT构成。这一8点FFT等效为一组相邻有覆盖的窄代滤波器组，它实际上就是用作脉冲串回波相参积累的匹配滤波器。脉冲多普勒（PD）杂波抑制技术类似于MTD技术，两者的区别在于PD技术所使用的脉冲重复频率高，所以其多普勒频率不存在模糊，且PD技术采用滤波器组中滤波器的个数要比MTD的要多，所以技术的杂波改善性能要优于MTD，这样测得的多普勒频率精度要比MTD测得的精度高，目标检测概率也会相应提高。但是PD技术也存在缺点，那就是距离模糊。由于脉冲重复频率较高，所以脉冲重复周期较小，雷达的无模糊距离与脉冲重复周期成正比，所以雷达的无模糊距离较小，对于远距离目标，雷达在检测中容易产生距离模糊。因此，使用PD杂波抑制技术时，需合理设计脉冲重复频率。3）卡尔马斯(Kalmus）滤波器技术Kalmus滤波器在MTD的基础上，将多普勒滤波器组平移半个脉冲重复频率，然后将临近零频的两个滤波器相减，实现杂波抑制。其在零多普勒频率处呈现深的止带凹口，而随着频率的增加呈现快速的上升斜率，因此该滤波器对固定杂波有很好的抑制作用，并且同时可以保证对低速目标的检测能力。但是实际环境中总是存在具有一定谱宽的起伏杂波，尽管使用了Kalmus滤波器，滤波剩余的这种起伏分量仍将严重干扰低速目标的检测并造成剧烈变化的虚警。4）杂波图技术在雷达威力范围内按不同要求划分杂波单元，然后把杂波单元内的杂波特性保存在存储器中，并且随着杂波特性的改变能够实时更新。我们把这种存储在存储器中的雷达威力范围内的杂波特性分布图称为杂波图。杂波图雷达信号处理中一种常用的杂波抑制方法，其原理是将雷达的作用范围按照距离和方位划分成许多不同的空间单元，称为杂波图单元，每个杂波图单元距离长度为距离分辨率的整数倍，方位宽度一般小于天线水平波瓣宽度。空间单元划分的越细，越能真实反应空间的杂波变化情况。杂波图对帧间数据进行递归运算积累，当目标运动速度很慢时，多个雷达天线扫描周期内目标可能还没有走出该杂波单元，导致目标信号也参与了杂波图更新积累，影响杂波功率估计的准确性，从而影响目标检测性能，也即是自遮蔽现象。自遮蔽现象会影响慢速目标的检测性能，针对自遮蔽现象，人们提出了一些解决方法，包括合理选择参数避免自遮蔽现象以及L滤波器方法，但是它们都只是在一定程度上减轻了自遮蔽现象对检测的影响，并不能完全解决该问题。自遮蔽现象也是杂波图检测应用的一个难点。综上，虽然在现代雷达系统中的杂波抑制方法有很多种，但是当杂背景强、目标运动速度慢以及目标回波信号弱的情况下，常规的杂波抑制方法都不能很好的将目标信息从强杂波环境中提取出来，严重恶化目标检测性能。因此，针对鸟类和无人机等低慢小目标杂波抑制方法，需展开针对性研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供弱目标探测的目标检测方法、系统、存储介质和装置，解决现有技术的距离徙动会造成目标能量发散、使得杂波轮廓图进行目标检测会带来严重的虚警和漏检问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术的第一方面，提供用于低空慢速弱目标探测的目标检测方法，包括以下步骤：预处理：对雷达回波信号进行下变频、采样和脉冲压缩；目标检测：建立杂波轮廓图，并通过杂波轮廓图判断是否有无杂波：若无杂波，则直接进行FFT和CFAR检测；若有杂波，则进行杂波抑制后进行CFAR检测；所述方法还包括位于所述预处理和所述目标检测之间的距离徙动校正：利用尺度变换算子对回波信号进行距离徙动校正。进一步地，雷达接收目标回波信号经所述预处理后，方位角、俯仰角的接收信号表示如下：式中，表示目标回波信号，表示杂波和噪声信号，为光速，表示雷达发射信号中心频点，表示采样频率，表示采样点数，为雷达与目标初始斜距，表示距离频率变量，表示脉冲序号，M为脉冲积累个数，表示脉冲重复时间，表示目标速度。进一步地，所述尺度变换算子具体为：式中，表示经过尺度变换算子后的目标回波信号，表示经过尺度变换算子后的杂波回波信号，表示等效脉冲序号；将上式沿做逆傅里叶变换后，得到：式中，表示经过傅里叶变换后目标回波信号，表示经过傅里叶变换后杂波回波信号，表示距离估计精度。进一步地，所述建立杂波轮廓图，并通过杂波轮廓图判断是否有无杂波：包括：噪声平均功率估计；对杂波功率估计；连续扫描L圈，判定杂波功率大于噪声平均功率的次数是否超过门限值：若超过门限值则判定为有杂波，否则判定为无杂波。进一步地，所述建立杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于低空慢速弱目标探测的目标检测方法，包括以下步骤：/n预处理：对雷达回波信号进行下变频、采样和脉冲压缩；/n目标检测：建立杂波轮廓图，并通过杂波轮廓图判断是否有无杂波：若无杂波，则直接进行FFT和CFAR检测；若有杂波，则进行杂波抑制后进行CFAR检测；/n其特征在于：所述方法还包括位于所述预处理和所述目标检测之间的距离徙动校正：利用尺度变换算子对回波信号进行距离徙动校正。/n

【技术特征摘要】
1.用于低空慢速弱目标探测的目标检测方法，包括以下步骤：
预处理：对雷达回波信号进行下变频、采样和脉冲压缩；
目标检测：建立杂波轮廓图，并通过杂波轮廓图判断是否有无杂波：若无杂波，则直接进行FFT和CFAR检测；若有杂波，则进行杂波抑制后进行CFAR检测；
其特征在于：所述方法还包括位于所述预处理和所述目标检测之间的距离徙动校正：利用尺度变换算子对回波信号进行距离徙动校正。


2.根据权利要求1所述的用于低空慢速弱目标探测的目标检测方法，其特征在于：雷达
接收目标回波信号经所述预处理后，方位角、俯仰角的接收信号表示如
下：



式中，表示目标回波信号，表示杂波和噪声信号，为光速，表示雷达发射信号中心频
点，表示采样频率，表示采样点数，为雷达与目标初始斜距，表示距离频率变量，表示脉冲序号，M为脉冲积累个数，表示脉冲重复时间，表示目标速度。


3.根据权利要求2所述的用于低空慢速弱目标探测的目标检测方法，其特征在于：所述
尺度变换算子具体为：



式中，表示经过尺度
变换算子后的目标回波信号，表示经过尺度变换算子后的杂波回波信号，表示等效脉冲序号；
将上式沿做逆傅里叶变换后，得到：



式中，表示
经过傅里叶变换后目标回波信号，表示经过傅里叶变换后杂波回波信号，表示距离估计精度。


4.根据权利要求1所述的用于低空慢速弱目标探测的目标检测方法，其特征在于：所述建立杂波轮廓图，并通过杂波轮廓图判断是否有无杂波：包括：
噪声平均功率估计；
对杂波功率估计；
连续扫描L圈，判定杂波功率大于噪声平均功率的次数是否超过门限值：若超过门限值则判定为有杂波，否则判定为无杂波。


5.根据权利要求4所述的用于低空慢速弱目标探测的目标检测方法，其特征在于：所述建立杂波轮廓图具体包括：
噪声平均功率估计：雷达在方位角为，俯仰角为，斜距为处的接收信号为，其中表示向下取整；对雷达接收信号沿慢时间进行离散傅里叶变换，
得到，即：



式中，表示离散多普勒频率变量，表示等效脉冲序号，M为脉冲积累个

【专利技术属性】
技术研发人员：江峰，方鑫，田增山，蔡传斌，李骁骅，黄绪国，
申请(专利权)人：绵阳市游仙区创新科技产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51