基于平滑滤波的微弱目标检测方法技术

本发明专利技术提出了一种基于平滑滤波的微弱目标检测方法，主要用于解决被强目标所遮掩的微弱目标的检测问题，其实现步骤是：对雷达回波数据进行脉冲压缩；随后，对压缩后的脉冲数据进行单元平均恒虚警检测，得到强目标对应的距离单元；对每个强目标所在的距离单元进行反演操作，得到反演数据；对雷达回波数据进行平滑滤波处理，得到滤波后的数据；对滤波后的数据进行单元平均恒虚警检测，得到所有微弱目标的距离单元。本发明专利技术能够精确的检测被强目标所遮掩的微弱目标，可用于雷达目标跟踪。可用于雷达目标跟踪。可用于雷达目标跟踪。

【技术实现步骤摘要】
基于平滑滤波的微弱目标检测方法


[0001]本专利技术属于雷达
，更进一步涉及雷达目标检测技术中的一种微弱目标检测方法。本专利技术可用于在雷达回波数据中检测被强目标所遮掩的微弱目标。

技术介绍

[0002]隐身飞机以及小型无人机具有较小的雷达反射截面积(Radar Cross Section,RCS)，从而削弱了雷达回波信号的能量，导致目标的信噪比降低。因此，为了使雷达能够在恒虚警(Constant False Alarm Rate,CFAR)处理过程中检测到具有低RCS的目标，需要进一步提升雷达的检测信噪比。然而，在CFAR检测前的脉冲压缩处理过程中，通常采用加窗的匹配滤波器对雷达回波数据进行脉冲压缩处理。虽然，加窗的匹配滤波器能够有效降低脉压输出的距离副瓣，减少强目标距离副瓣对微弱目标的影响，但是，加窗的匹配滤波器却存在目标信噪比损失的问题。为了避免信噪比损失，提升雷达对微弱目标的检测性能，可以采用不加窗的匹配滤波器对雷达回波数据进行脉冲压缩处理，但是这将导致强目标的脉压副瓣会掩盖微弱目标，从而无法检测出微弱目标。
[0003]武汉滨湖电子有限责任公司在其所申请的专利文献“一种提高微弱目标检测概率的方法”(专利申请号202111112829.7，申请公布号：CN 113970731 A)中公开了一种利用不加窗匹配滤波器的微弱目标检测方法。该方法的实现过程，首先通过不加窗的频域脉冲压缩处理，然后，在距离维上利用滑窗搜索与二进制积累判决检测微弱目标。该方法在一定程度上能够提高微弱目标的检测概率，但是，该方法仍然存在的不足之处是，对于强目标附近存在微弱目标时，该方法在CFAR检测阶段存在漏检，导致雷达系统无法检测出微弱目标。
[0004]西安电子科技大学在其所申请的专利文献“基于压缩感知的微弱目标检测方法”(专利申请号：201910173075.2，申请公布号：CN 109932697 A)中公开了一种利用压缩感知技术的微弱目标检测方法。该方法的实现过程为，首先通过不加窗的脉冲压缩处理，随后，利用CFAR检测技术检测出强目标，然后，对检测出的强目标，通过设计相应的感知矩阵，并利用CS算法对强目标周围潜在的微弱目标进行检测。该算法能够精确检测被强目标所遮掩的微弱目标，但是，该方法仍然存在的不足之处是，该方法存在伪峰，从而会造成CFAR检测阶段产生虚检，并且现有基于FPGA和DSP开发的雷达系统无法实时调用MATLAB工具包，因此，该方法无法进行实际雷达系统应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于平滑滤波的微弱目标检测方法，以解决现有的不加窗匹配滤波器在CFAR检测过程中产生的漏检，以及基于压缩感知方法在CFAR检测过程中产生的虚检和无法工程应用的问题。
[0006]实现本专利技术目的的技术方案是，本专利技术利用不加窗匹配滤波器对雷达回波数据进行脉冲压缩处理，并通过CFAR检测技术检测出压缩处理后回波数据中的强目标，由于微弱目标具有较低的峰值，因此被强目标的距离副瓣所掩盖。为了检测微弱目标，本专利技术通过反
演强目标得到反演数据。随后对雷达回波数据进行平滑滤波处理。此外，由于本专利技术是通过滤除强目标，从而检测微弱目标，因此，不会产生利用压缩感知方法产生的虚检问题。最后，对平滑滤波处理后的数据进行CFAR检测，检测得到微弱目标。
[0007]本专利技术的具体实现步骤包括如下：
[0008]步骤1，对雷达回波数据进行脉冲压缩：
[0009]利用不加窗的脉压匹配滤波器，对一个脉冲时间内采集的雷达回波数据进行脉冲压缩处理，得到该脉冲时间内的压缩后的脉冲数据；
[0010]步骤2，对压缩后的脉冲数据进行恒虚警检测：
[0011]利用具有低虚警概率的单元平均恒虚警检测方法，对压缩后的脉冲数据进行检测，将检测出的峰值作为是强目标，并获得每个强目标对应的距离单元；
[0012]步骤3，对每个强目标所在的距离单元进行反演操作：
[0013]步骤3.1，产生一个与雷达回波数据相同长度的反演数据，并且将反演数据的元素全部初始化为零；
[0014]步骤3.2，以每个强目标对应的距离单元作为起始点，在反演数据中，依次选取与不加窗脉冲压缩滤波器长度相同的数据作为需要替换的反演数据，并且依次用采集雷达回波数据的雷达的发射信号对每个需要替换的反演数据进行赋值；
[0015]步骤4，对雷达回波数据进行平滑滤波处理：
[0016]步骤4.1，以雷达回波数据中的第1个距离单元作为起始点，从雷达回波数据中，选取与不加窗脉冲压缩滤波器的长度相同的数据，作为待滤波数据；
[0017]步骤4.2，以反演数据中的第1个距离单元作为起始点，使用与不加窗脉压匹配滤波器长度相同且宽度为1的矩形窗从左向右滑窗D次，将D次滑窗得到的数据排列成一个平滑数据矩阵，其中，平滑数据矩阵的一列代表一次滑窗得到的数据，D为平滑次数；
[0018]步骤4.2.1，计算平滑数据矩阵的协方差矩阵：
[0019]步骤4.2.2，对协方差矩阵进行求逆，将求逆后的协方差矩阵与不加窗脉压匹配滤波器进行矩阵矢量相乘，得到具有滤波功能的滤波器，作为待滤波数据的滤波器；
[0020]步骤4.2.3，利用待滤波数据的滤波器的共轭转置对滤波数据进行相乘，得到雷达回波数据第一个距离单元的滤波后的数据；
[0021]步骤4.3，将雷达回波数据的起始点向右进行一次平移得到当前起始点，选取与具有滤波功能的滤波器的长度相同的数据，作为当前起始点的待滤波数据；
[0022]步骤4.4，将反演数据的起始点向右进行一次平移作为当前起始点，采用与步骤4.2相同的方法，构建具有滤波功能的滤波器，作为当前起始点的待滤波数据的滤波器；
[0023]步骤4.5，利用当前起始点的待滤波数据的滤波器的共轭转置与当前起始点的滤波数据进行相乘，得到雷达回波数据第二个距离单元的滤波后的数据；
[0024]步骤4.6，采用与步骤4.3至步骤4.5相同的方法，进行N次平移和滤波操作，得到雷达回波数据的N个滤波后的数据，其中，N表示雷达回波数据的长度减去不加窗匹配滤波器的长度；
[0025]步骤5，对每个滤波后的数据进行恒虚警检测；
[0026]利用与步骤2相同的单元平均恒虚警检测方法，对每个滤波后的数据进行检测，将检测出的该峰值作为是微弱目标，并获得每个微弱目标对应的距离单元。
[0027]本专利技术与现有技术相比具有如下的优点：
[0028]第一，由于本专利技术在雷达回波数据中存在强目标掩盖微弱目标时，通过对雷达回波数据，进行平滑滤波处理，克服了现有技术不加窗匹配滤波器产生漏检的缺点，使得本专利技术能够检测出被强目标所掩盖的微弱目标，由此提高了检测微弱目标的准确率。
[0029]第二，由于本专利技术在检测被强目标所遮掩的微弱目标时，通过对雷达回波数据，进行平滑滤波处理，克服了现有技术在执行压缩感知处理时产生伪峰的缺点，使得本专利技术能够正确检测出微弱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于平滑滤波的微弱目标检测方法，其特征在于，利用反演数据构建具有滤波功能的滤波器，对雷达回波数据进行平滑滤波处理；该方法的具体步骤包括如下：步骤1，对雷达回波数据进行脉冲压缩：利用不加窗的脉压匹配滤波器，对一个脉冲时间内采集的雷达回波数据进行脉冲压缩处理，得到该脉冲时间内的压缩后的脉冲数据；步骤2，对压缩后的脉冲数据进行恒虚警检测：利用具有低虚警概率的单元平均恒虚警检测方法，对压缩后的脉冲数据进行检测，将检测出的峰值作为是强目标，并获得每个强目标对应的距离单元；步骤3，对每个强目标所在的距离单元进行反演操作：步骤3.1，产生一个与雷达回波数据相同长度的反演数据，并且将反演数据的元素全部初始化为零；步骤3.2，以每个强目标对应的距离单元作为起始点，在反演数据中，依次选取与不加窗脉冲压缩滤波器长度相同的数据作为需要替换的反演数据，并且依次用采集雷达回波数据的雷达的发射信号对每个需要替换的反演数据进行赋值；步骤4，对雷达回波数据进行平滑滤波处理：步骤4.1，以雷达回波数据中的第1个距离单元作为起始点，从雷达回波数据中，选取与不加窗脉冲压缩滤波器的长度相同的数据，作为待滤波数据；步骤4.2，以反演数据中的第1个距离单元作为起始点，使用与不加窗脉压匹配滤波器长度相同且宽度为1的矩形窗从左向右滑窗D次，将D次滑窗得到的数据排列成一个平滑数据矩阵，其中，平滑数据矩阵的一列代表一次滑窗得到的数据，D为平滑次数；步骤4.2.1，计算平滑数据矩阵的协方差矩阵：步骤4.2.2，对协方差矩阵进行求逆，将求逆后的协方差矩阵与不加窗脉压匹配滤波器进行矩阵矢量相乘，得到具有滤波功能的滤波器，作为待滤波数据的滤波器；步骤4.2.3，利用待滤波数据的滤波器的共轭转置对滤波数据进行相乘，得到雷达回波数据第一个距离单元的滤波后的数据；步骤4.3，将雷达回波数据的起始点向右进行一次平移得到当前起始点，选取与具有滤波功能的滤波器的长度相同的数据，作为当前起始点的待滤波数据；步骤4.4，将反演数据的起始点向右进行一次平移作为当前起始点，采用与步骤4.2相同的方法，构建具有滤波功能的滤波器，作为当前起始点的待滤波数据的滤波器；步骤4.5，利用当前起始点的待滤波数据的滤波器的共轭转置与当前起始点的滤波数据进行相乘，得到雷达回波数据第二个距离单元的滤波后的数据；步骤4.6，采用与步骤4.3至步骤4.5相同的方法，进行N次平移和滤波操作，得到雷达回波数据的N个滤波后的数据，其中，N表示雷达回波数据的长度减去不加窗匹配滤波器的长度；步骤5，对每个滤波后的数据进行恒虚警检测；利用与步骤2相同的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永波，刘东贺，曹若石，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：