基于組合自適應(yīng)歸一化匹配濾波的雷達(dá)目標(biāo)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于目標(biāo)檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測方法和目標(biāo) 多普勒擴(kuò)散問題，可用于對海雷達(dá)在海雜波背景下微弱運(yùn)動目標(biāo)的檢測。
【背景技術(shù)】
[0002] 海雜波背景下的微弱運(yùn)動目標(biāo)的有效探測是岸基和艦載對海監(jiān)測雷達(dá)的重要任 務(wù)之一。檢測的主要困難在于海雜波本身的復(fù)雜特性化及目標(biāo)回波低信雜比特點(diǎn)。海雜波 與海情、氣候環(huán)境、風(fēng)速、風(fēng)向等自然因素W及雷達(dá)頻率、極化方式、分辨率、擦地角等諸多 因素有關(guān)，表現(xiàn)出了時間上非平穩(wěn)、空間上非均勻和統(tǒng)計(jì)特性上非高斯等復(fù)雜特性。該些復(fù) 雜特性要求檢測方法必須采用自適應(yīng)處理實(shí)時估計(jì)海雜波的統(tǒng)計(jì)特性。同時，對于微弱運(yùn) 動目標(biāo)，特別是海面艦船該些低速目標(biāo)，簡單的自適應(yīng)檢測和短的累計(jì)時間往往難W有效 探測目標(biāo)。檢測方法需要與海雜波特性和目標(biāo)回波特性匹配。前者有利于海雜波的有效抑 審IJ，而后者有利于目標(biāo)回波的有效累計(jì)。
[000引在傳統(tǒng)自適應(yīng)檢測方法中，匹配濾波（matched filter, MF)和自適應(yīng)匹配濾波 (AM巧是高斯雜波背景下的最優(yōu)檢測方法。但較高分辨率情況下，海雜波往往具有強(qiáng)的非 高斯特性。該種情況下歸一化匹配濾波（normalized matched filter,NMF)和自適應(yīng)歸一 化匹配濾波（ANM巧是公認(rèn)的適用于重拖尾、非高斯雜波環(huán)境下的次最優(yōu)檢測方法，特別是 對重拖尾雜波和累計(jì)脈沖數(shù)比較多的情況下其性能接近最優(yōu)。然而ANMF檢測器的使用受 到兩方面的限制，其一是累計(jì)時間內(nèi)海雜波必須是平穩(wěn)或近似平穩(wěn)的，并且有足夠多的空 間均勻樣本估計(jì)海雜波的協(xié)方差矩陣；其二是目標(biāo)回波在累計(jì)時間之內(nèi)必須沒有多普勒擴(kuò) 散，目標(biāo)回波功率聚集在一個多普勒通道內(nèi)。
[0004] 該兩個條件在檢測微弱運(yùn)動目標(biāo)時是難W滿足的。正是針對ANMF檢測方法使用 中面臨的該一難題，我們發(fā)明了組合ANMF檢測方法。通過把累積時間劃分為短的小區(qū)間來 解決非平穩(wěn)性、非均勻性和累積時間太長之間的沖突；通過各小區(qū)間上最大檢測統(tǒng)計(jì)量的 乘積組合解決目標(biāo)多普勒擴(kuò)散的問題。最終，很好地解決了長累積時間、海雜波背景下微弱 運(yùn)動目標(biāo)的有效檢測問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出基于組合自適應(yīng)歸一化匹配濾波（Combined ANMF， combined adaptive normalized matched filter)的雷達(dá)目標(biāo)檢測方法，
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予W實(shí)現(xiàn)。
[0007] 基于組合自適應(yīng)歸一化匹配濾波的雷達(dá)目標(biāo)檢測方法包括W下步驟：
[0008] 步驟1，利用雷達(dá)發(fā)射連續(xù)的脈沖信號，脈沖信號照射到物體表面產(chǎn)生回波，利用 雷達(dá)接收回波數(shù)據(jù)矩陣X，回波數(shù)據(jù)矩陣X是大小為KX Q的矩陣，K表示雷達(dá)接收信號的積 累脈沖數(shù)，Q表示雷達(dá)的距離單元數(shù)；
[0009] 步驟2,將回波數(shù)據(jù)矩陣X沿脈沖維進(jìn)行劃分，回波數(shù)據(jù)矩陣X從上到下每N行組 成一個回波數(shù)據(jù)塊，回波數(shù)據(jù)矩陣X共劃分為B個回波數(shù)據(jù)塊，NXB = K ;所述B個回波數(shù) 據(jù)塊分別表示為X。X2…，Xb，…，Xb，Xb表示第b個回波數(shù)據(jù)塊，b = 1，2,…，B ;
[0010] 步驟3,將劃分得到的B個回波數(shù)據(jù)塊沿脈沖維進(jìn)行組合，每N'個回波數(shù)據(jù)塊組 合為一個組合回波數(shù)據(jù)塊，回波數(shù)據(jù)矩陣X共對應(yīng)C個組合回波數(shù)據(jù)塊，C和N'均為設(shè)定 的大于1的自然數(shù)，NXN' XC = K ;所述C個組合回波數(shù)據(jù)塊分別表示為X。X2…，X。… ，X。X。表示第C個組合回波數(shù)據(jù)塊，C = 1，2,…，C ;
[0011] 步驟4,確定雷達(dá)的第q個距離單元為每個回波數(shù)據(jù)塊Xb的待檢測距離單元，q = 1，2,…，Q ;將第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的待檢測距離單元的回波數(shù)據(jù)記為Z b。，然后選取第b個 回波數(shù)據(jù)塊Xb的參考距離單元，第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的參考距離單元的數(shù)目表示為R，R為 大于1的自然數(shù)；得出第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的待檢測距離單元的回波數(shù)據(jù)Z b。的雜波協(xié)方 差矩陣估計(jì)值
[001引步驟5,對于目標(biāo)的多普勒頻率fd，得出第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的待檢測距離單元的 自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測統(tǒng)計(jì)量Cb,。(片）；
[0013] 步驟6,得出目標(biāo)的多普勒頻率的每個取值對應(yīng)的第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的待檢測 距離單元的自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測統(tǒng)計(jì)量；在目標(biāo)的多普勒頻率的每個取值對應(yīng)的第 b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的待檢測距離單元的自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測統(tǒng)計(jì)量中，選取最大值 作為第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的檢測統(tǒng)計(jì)量；將每個組合回波數(shù)據(jù)塊中N'個回波數(shù)據(jù)塊的檢 測統(tǒng)計(jì)量相乘，得出對應(yīng)組合回波數(shù)據(jù)塊的檢測統(tǒng)計(jì)量，第C個組合回波數(shù)據(jù)塊X。的檢測 統(tǒng)計(jì)量表示為CeAMp，。；
[0014] 步驟7,將步驟6中C個回波數(shù)據(jù)塊的檢測統(tǒng)計(jì)量按降序排列，在降序排列后的C 個檢測統(tǒng)計(jì)量中，取第[Cf]個值作為檢測口限T,，[Cf]表示不超過實(shí)數(shù)Cf的最大整數(shù)，f 表示設(shè)定的虛警概率；
[0015] 步驟8,如果,，判定第C個組合回波數(shù)據(jù)塊的待檢測距離單元有目標(biāo)， 否則，判定第C個組合回波數(shù)據(jù)塊的待檢測距離單元沒有目標(biāo)。
[0016] 本發(fā)明的特點(diǎn)和進(jìn)一步改進(jìn)在于：
[0017] 在步驟2中，N為設(shè)定的大于1的自然數(shù)且為2的幕，N《Q/2。
[0018] 在步驟4中，第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的待檢測距離單元的回波數(shù)據(jù)Z b。的雜波協(xié)方 差矩陣估計(jì)值為；
[0019]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于組合自適應(yīng)歸一化匹配濾波的雷達(dá)目標(biāo)檢測方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟1，利用雷達(dá)發(fā)射連續(xù)的脈沖信號，脈沖信號照射到物體表面產(chǎn)生回波，利用雷達(dá) 接收回波數(shù)據(jù)矩陣X，回波數(shù)據(jù)矩陣X是大小為KXQ的矩陣，K表示雷達(dá)接收信號的積累脈 沖數(shù)，Q表示雷達(dá)的距離單元數(shù)； 步驟2,將回波數(shù)據(jù)矩陣X沿脈沖維進(jìn)行劃分，回波數(shù)據(jù)矩陣X從上到下每N行組成一 個回波數(shù)據(jù)塊，回波數(shù)據(jù)矩陣X共劃分為B個回波數(shù)據(jù)塊，NXB=K;所述B個回波數(shù)據(jù)塊 分別表不為Xi,X2…，Xb,…，XB，Xb表不第b個回波數(shù)據(jù)塊，b= 1，2,…，B; 步驟3,將劃分得到的B個回波數(shù)據(jù)塊沿脈沖維進(jìn)行組合，每N'個回波數(shù)據(jù)塊組合為 一個組合回波數(shù)據(jù)塊，回波數(shù)據(jù)矩陣X共對應(yīng)C個組合回波數(shù)據(jù)塊，C和N'均為設(shè)定的大 于1的自然數(shù)，NXfXC=K;所述C個組合回波數(shù)據(jù)塊分別表示為XpX2…，X。，…，XC，X。 表示第c個組合回波數(shù)據(jù)塊，c= 1，2,…，C; 步驟4,確定雷達(dá)的第q個距離單元為每個回波數(shù)據(jù)塊Xb的待檢測距離單元，q= 1，2,…，Q;將第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的待檢測距離單元的回波數(shù)據(jù)記為zb，q，然后選取第b個 回波數(shù)據(jù)塊Xb的參考距離單元，第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的參考距離單元的數(shù)目表示為R，R為 大于1的自然數(shù)；得出第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的待檢測距離單元的回波數(shù)據(jù)zb，q的雜波協(xié)方 差矩陣估計(jì)值&M; 步驟5,對于待檢測目標(biāo)的多普勒頻率fd，得出第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的待檢測距離單元 的自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測統(tǒng)計(jì)量eb，q(fd); 步驟6,得出目標(biāo)的多普勒頻率的每個取值對應(yīng)的第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的待檢測距離 單元的自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測統(tǒng)計(jì)量；在目標(biāo)的多普勒頻率的每個取值對應(yīng)的第b個 回波數(shù)據(jù)塊Xb的待檢測距離單元的自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測統(tǒng)計(jì)量中，選取最大值作為 第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的檢測統(tǒng)計(jì)量；將每個組合回波數(shù)據(jù)塊中N'個回波數(shù)據(jù)塊的檢測統(tǒng) 計(jì)量相乘，得出對應(yīng)組合回波數(shù)據(jù)塊的檢測統(tǒng)計(jì)量，第c個組合回波數(shù)據(jù)塊X。的檢測統(tǒng)計(jì) 量表示為I CANMF, c? 步驟7,將步驟6中C個回波數(shù)據(jù)塊的檢測統(tǒng)計(jì)量按降序排列，在降序排列后的C個檢 測統(tǒng)計(jì)量中，取第[Cf]個值作為檢測門限1\，[Cf]表示不超過實(shí)數(shù)Cf的最大整數(shù)，f表示 設(shè)定的虛警概率； 步驟8,如果|eANMF，。多T4，說明第c個組合回波數(shù)據(jù)塊的待檢測距離單元有目標(biāo)，否 貝1J，說明第c個組合回波數(shù)據(jù)塊的待檢測距離單元沒有目標(biāo)。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于組合自適應(yīng)歸一化匹配濾波的雷達(dá)目標(biāo)檢測方法，其特征 在于，在步驟2中，N為設(shè)定的大于1的自然數(shù)且為2的冪，N彡Q/2。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于組合自適應(yīng)歸一化匹配濾波的雷達(dá)目標(biāo)檢測方法，其特征 在于，在步驟4中，第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的待檢測距離單元的回波數(shù)據(jù)z^的雜波協(xié)方差矩 陣估計(jì)值兌6>1?為：
其中，上標(biāo)H表示取共軛轉(zhuǎn)置，zu表示第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的第r個參考距離單元的 回波數(shù)據(jù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于組合自適應(yīng)歸一化匹配濾波的雷達(dá)目標(biāo)檢測方法，其特征 在于，在步驟5中，第b個回波數(shù)據(jù)塊Xb的待檢測距離單元的自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測 統(tǒng)計(jì)量Q，q(fd)為：
其中，p(fd)為目標(biāo)的多普勒導(dǎo)向矢量，fd表示目標(biāo)的多普勒頻率，上標(biāo)T表示矩陣或 向量的轉(zhuǎn)置，上標(biāo)-1表示矩陣的逆，上標(biāo)H表示共軛轉(zhuǎn)置，| ? |表示取絕對值或者模值。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于組合自適應(yīng)歸一化匹配濾波的雷達(dá)目標(biāo)檢測方法，其特征 在于，在步驟6中，第c個組合回波數(shù)據(jù)塊X。中待檢測單元的組合檢測統(tǒng)計(jì)量|CANMF，。為：
其中，I；是雷達(dá)的脈沖重復(fù)周期（PRI)，C(X)表示第c個組合回波數(shù)據(jù)塊中第k個 回波數(shù)據(jù)塊的檢測統(tǒng)計(jì)量，k= 1，2,…，N'。
【專利摘要】本發(fā)明屬于目標(biāo)檢測技術(shù)領(lǐng)域，用于雷達(dá)在海雜波背景下檢測弱的運(yùn)動目標(biāo)。其具體步驟為：利用雷達(dá)駐留在一個波位發(fā)射的相干脈沖串接收各距離單元的回波數(shù)據(jù)構(gòu)成距離-脈沖復(fù)數(shù)矩陣；按一定規(guī)則對回波數(shù)據(jù)矩陣沿脈沖維進(jìn)行劃分與組合；對于劃分得到的回波數(shù)據(jù)塊的待檢測距離單元，計(jì)算其雜波協(xié)方差矩陣估計(jì)值；利用該估計(jì)值及待檢測距離單元數(shù)據(jù)求出各多普勒通道上檢測統(tǒng)計(jì)量的值，并得到每個回波數(shù)據(jù)塊中檢測統(tǒng)計(jì)量的最大值，通過最大值的乘積求出各組合檢測統(tǒng)計(jì)量的值；根據(jù)設(shè)定的虛警概率、組合回波數(shù)據(jù)塊的塊數(shù)，通過蒙特卡羅方法計(jì)算出判決門限；如果組合檢測統(tǒng)計(jì)量的值大于門限，判定待檢測距離單元有目標(biāo)，否則判定待檢測距離單元無目標(biāo)。
【IPC分類】G01S7-41
【公開號】CN104569949
【申請?zhí)枴緾N201510040954
【發(fā)明人】水鵬朗, 許述文, 樊書辰, 李東宸
【申請人】西安電子科技大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月27日