【技术实现步骤摘要】
本项专利技术属于海杂波中弱小目标探测，尤其涉及一种基于频率分集和arma模型杂波图的自适应目标探测技术。
技术介绍
1、随着海洋环境的不断变化以及海洋科技和隐形技术的快速发展，导航雷达的海上目标探测需求已经从传统的海上船舶探测和跟踪逐渐扩展到对海面弱目标的探测。传统雷达主要针对在信噪比相对较高的条件下进行目标检测，然而对于小型舰船、海上搜救、蛙人、潜望镜、无人艇和小型无人机等海面弱小目标的检测，雷达的探测性能却无法满足人们的期望。
2、在海杂波背景下，海面弱目标的探测变得更加困难。海面强烈的波浪、风浪和其他杂波干扰使得雷达系统更容易受到干扰。这些海杂波会增加背景噪音，使海面弱目标的信号更加难以分辨和检测。海杂波的存在严重干扰了海面弱小目标的探测，而海面弱小目标的探测能力是导航雷达的关键性能指标，也是导航雷达的核心技术。与常规对空、对海警戒雷达主要关注高速目标不同，舰载导航雷达对海面慢速小目标(低慢小)的探测性能有较高要求。低慢小目标回波与海杂波难以区分，很容易在杂波中被淹没。
3、为了提升雷达在海杂波下对小目标的探测性能，我们进行了多方面的设计和优化。基于频率分集处理和动态杂波图模型自适应目标检测等关键技术，我们提出了一种新型海杂波中小目标探测技术。经过实际测试，该技术能够有效地提高信杂比，并自动抑制海杂波，从而进一步提高在海杂波中检测小目标的概率。
4、本专利技术针对雷达在海杂波中的小目标探测，提出了一种新型海杂波中小目标探测技术，该技术创新在改善海面弱小目标的探测方面取得了重要突破。这一技
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，是一种新型的海杂波中小目标探测技术，采用基于频率分集的海杂波处理、基于arma模型杂波图的自适应目标检测等技术，实现了一种海杂波环境下的弱小目标探测的新方法，以解决
技术介绍
中存在的问题。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，包括基于频率分集的海杂波处理技术、基于自回归滑动平均模型(arma)杂波图的自适应目标检测技术，应用到海杂波中小目标探测领域，采用频率分集和arma模型自适应的实时生成海杂波抑制曲面，主要包括如下步骤：
4、(1)由两路dds上行通道分别产生两个不同频点、相同脉宽的脉冲激励信号，通过时序上的组合和发射机放大形成双频点拼接的发射脉冲；
5、(2)雷达获得同一观测位置不同频率和不同时间的雷达回波，通过取平均的方法进行去相关处理来进行海杂波抑制；
6、(3)建立海杂波区域各个地理系角度下的二维“距离-多普勒”频谱图；
7、(4)根据不同周期各个地理系角度的“距离-多普勒”能量分布信息，利用自回归滑动平均模型(arma)对杂波图进行建模，得到“距离-多普勒”二维分布特征的杂波图；
8、(5)在“距离-多普勒”二维平面上，利用杂波图对海杂波进行抑制；
9、(6)在上述杂波抑制的基础上，采用典型非参量cfar检测算法进行目标检测。
10、作为优选实施例，所述步骤(1)中基于频率捷变对海浪杂波去相关的作用，采用频率分集技术进行海杂波抑制，对一个中等分辨率的x波段雷达，当它以低掠射角观测海面时，海杂波相关时间约为10ms，通过在两个频率点(间隔为220mhz)上进行发射，利用波导缝隙天线波束指向与频率相关的特点，在方位上产生两个指向有一定差异的波束，利用两个独立波束对同一目标探测的时间差异，达到去相关的效果。
11、作为优选实施例，所述步骤(1)中以天线扫描周期2.5s为例，两个间隔为220mhz的发射信号方位波束指向差异约为1.5°，所对应天线波束指向扫描时间间隔可以达到10ms～15ms，大于海杂波去相关时间，能够实现在波束之间的海杂波去相关，在频率分集模式下工作时，发射机会根据设定选择某种双频点组合，两个不同频点但具有相同脉冲宽度的脉冲激励信号将由两个不同频率的dds上行通道同时产生，通过时序的组合和发射机放大，这些信号将形成双频点拼接的发射脉冲，接收机被设计为双接收通道，可以同时接收和处理双频点的回波信号。
12、作为优选实施例，所述步骤(2)中使用频率分集技术，在目标探测过程中，雷达可以获取到在相同观测位置但不同频率和不同时间的雷达回波，通过对这些回波进行去相关处理，从而实现对海杂波的抑制，通过在东海海域的1-4级海况下进行试验，采用频率分集进行海杂波抑制，并通过统计对试验结果进行了分析，统计结果表明，采用基于频率分集的海杂波处理技术可以获得大于3db的信杂比改善。
13、作为优选实施例，所述步骤(3)中通过分析不同周期各个角度的“距离-多普勒”能量分布信息，利用自回归滑动平均模型(arma)对杂波图进行建模，通过建立包含“距离-多普勒”二维分布特征的杂波图，通过对杂波图进行处理和优化，并在此基础上进行杂波抑制，可以有效地提升目标检测能力，提高弱小目标在海杂波背景下的可探测性。
14、作为优选实施例，所述步骤(4)中针对海杂波区域回波，利用船航向和航速对动目标相干处理(mtd)后的通道信息进行平移，建立该区域各个地理系角度下的二维“距离-多普勒”频谱图。
15、作为优选实施例，所述步骤(5)中采用自回归滑动平均模型(arma)自适应的实时生成海杂波抑制曲面，抑制海杂波，提高目标探测能力，arma模型可以用一个差分方程来表示：
16、
17、上式描述的arma模型可用arma(p,q)表示，采用arma(p,0)对二维“距离-多普勒”海杂波图进行建模，二维“距离-多普勒”海杂波图第m个距离单元，第n个多普勒单元的值为x(m,n)，其第k次扫描后的值可表示为
18、
19、其中vk(m,n)表示第k次扫描中mtd计算获得的第m个距离单元，第n个多普勒单元幅度值。
20、作为优选实施例，所述步骤(5)中杂波抑制利用当前脉冲回波数据所在方位±7.5°区域内的二维“距离-多普勒”海杂波图计算杂波多普勒谱，并设计相应的杂波抑制滤波器。
21、作为优选实施例，所述步骤(5)，具体流程如下：
22、1)统计区域内幅值在检测门限以上的极大值点，记录其幅值和所在的多普勒通道；
23、2)计算极大值点所在多普勒通道号的均值μd和方差σd；
24、3)将区域内由近及远划分为多个距离段rk(k＝0,1,2,...,k)，计算每个距离段内极大值点幅值的均值μk和方差σk；
25、4)根据上述计算结果设计杂波抑制滤波器，公式如下：
26、
27、“距离-多普勒”二维谱平面上的杂波抑制曲线，可以看出杂波抑制滤本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，其特征在于，包括基于频率分集的海杂波处理技术、基于自回归滑动平均模型杂波图的自适应目标检测技术，应用到海杂波中小目标探测领域，采用频率分集和ARMA模型自适应的实时生成海杂波抑制曲面，主要包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，其特征在于，所述步骤(1)中基于频率捷变对海浪杂波去相关的作用，采用频率分集技术进行海杂波抑制，对一个中等分辨率的X波段雷达，当它以低掠射角观测海面时，海杂波相关时间约为10ms，通过在两个频率点上进行发射，利用波导缝隙天线波束指向与频率相关的特点，在方位上产生两个指向有一定差异的波束，利用两个独立波束对同一目标探测的时间差异，达到去相关的效果。
3.根据权利要求1所述的一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，其特征在于，所述步骤(1)中以天线扫描周期2.5s为例，两个间隔为220MHz的发射信号方位波束指向差异约为1.5°，所对应天线波束指向扫描时间间隔可以达到10ms～15ms，大于海杂波去相关时间，能够实现在波束之间的海杂波去
4.根据权利要求1所述的一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，其特征在于，所述步骤(2)中使用频率分集技术，在目标探测过程中，雷达可以获取到在相同观测位置但不同频率和不同时间的雷达回波，通过对这些回波进行去相关处理，从而实现对海杂波的抑制，通过在东海海域的1-4级海况下进行试验，采用频率分集进行海杂波抑制，并通过统计对试验结果进行了分析，统计结果表明，采用基于频率分集的海杂波处理技术可以获得大于3dB的信杂比改善。
5.根据权利要求1所述的一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，其特征在于，所述步骤(3)中通过分析不同周期各个角度的“距离-多普勒”能量分布信息，利用自回归滑动平均模型对杂波图进行建模，通过建立包含“距离-多普勒”二维分布特征的杂波图，通过对杂波图进行处理和优化，并在此基础上进行杂波抑制，可以有效地提升目标检测能力，提高弱小目标在海杂波背景下的可探测性。
6.根据权利要求1所述的一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，其特征在于，所述步骤(4)中针对海杂波区域回波，利用船航向和航速对动目标相干处理后的通道信息进行平移，建立该区域各个地理系角度下的二维“距离-多普勒”频谱图。
7.根据权利要求1所述的一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，其特征在于，所述步骤(5)中采用自回归滑动平均模型自适应的实时生成海杂波抑制曲面，抑制海杂波，提高目标探测能力，ARMA模型可以用一个差分方程来表示：
8.根据权利要求1所述的一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，其特征在于，所述步骤(5)中杂波抑制利用当前脉冲回波数据所在方位±7.5°区域内的二维“距离-多普勒”海杂波图计算杂波多普勒谱，并设计相应的杂波抑制滤波器。
9.根据权利要求8所述的一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，其特征在于，所述步骤(5)的具体流程如下：
10.根据权利要求1所述的一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，其特征在于，所述步骤(6)中在杂波抑制的基础上，采用典型非参量CFAR检测算法进行目标检测，能够在合理控制虚警的基础上，获得较好的杂波中的目标探测能力。
...【技术特征摘要】
1.一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，其特征在于，包括基于频率分集的海杂波处理技术、基于自回归滑动平均模型杂波图的自适应目标检测技术，应用到海杂波中小目标探测领域，采用频率分集和arma模型自适应的实时生成海杂波抑制曲面，主要包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，其特征在于，所述步骤(1)中基于频率捷变对海浪杂波去相关的作用，采用频率分集技术进行海杂波抑制，对一个中等分辨率的x波段雷达，当它以低掠射角观测海面时，海杂波相关时间约为10ms，通过在两个频率点上进行发射，利用波导缝隙天线波束指向与频率相关的特点，在方位上产生两个指向有一定差异的波束，利用两个独立波束对同一目标探测的时间差异，达到去相关的效果。
3.根据权利要求1所述的一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，其特征在于，所述步骤(1)中以天线扫描周期2.5s为例，两个间隔为220mhz的发射信号方位波束指向差异约为1.5°，所对应天线波束指向扫描时间间隔可以达到10ms～15ms，大于海杂波去相关时间，能够实现在波束之间的海杂波去相关，在频率分集模式下工作时，发射机会根据设定选择某种双频点组合，两个不同频点但具有相同脉冲宽度的脉冲激励信号将由两个不同频率的dds上行通道同时产生，通过时序的组合和发射机放大，这些信号将形成双频点拼接的发射脉冲，接收机被设计为双接收通道，可以同时接收和处理双频点的回波信号。
4.根据权利要求1所述的一种应用于导航雷达的海杂波中弱小目标探测方法，其特征在于，所述步骤(2)中使用频率分集技术，在目标探测过程中，雷达可以获取到在相同观测位置但不同频率和不同时间的雷达回波，通过对这些回波进行去相关处理，从而实现对海杂波的抑制，通过在东海海域的1-4级海况下进行试验，采用频率分集...
【专利技术属性】
技术研发人员：王力，李红霞，
申请(专利权)人：上海广电通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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