基于多普勒過采樣的海雜波背景下雷達動目標的檢測方法
【專利摘要】本發明提出了一種基于多普勒過采樣的海雜波背景下雷達動目標的檢測方法，涉及海雜波背景下目標檢測領域。其步驟為：步驟1，接收回波數據；步驟2，對選取的數據進行過四采樣和傅里葉變換；步驟3，計算檢測統計量；步驟4，給定虛警概率，通過蒙特卡羅方法確定檢測門限；步驟5，將檢測統計量與門限值進行比較，確定目標的有無；步驟6，對回波數據中所有距離單元執行步驟2至步驟5，得到存在目標的距離單元；步驟7，獲取新的檢測數據，步驟8，通過檢測得到新的存在目標的距離單元。本發明主要解決了現有方法中因脈沖數較少造成信號的多普勒中心頻率與多普勒通道的一致性不好以及大目標對周圍小目標的遮蔽效應而導致檢測效果不理想的問題。
【專利說明】基于多普勒過采樣的海雜波背景下雷達動目標的檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于雷達目標檢測【技術領域】，涉及一種海雜波背景下的目標檢測方法，尤其涉及一種基于多普勒過采樣的海雜波背景下雷達動目標的檢測方法，用于海雜波背景下的動目標檢測。
【背景技術】
[0002]海雜波背景下的雷達目標檢測一直都是科學研究、軍事以及民用領域中的重要課題和研究方向。在軍事上，主要用于飛機以及巡航導彈的對海監視；民用方面，主要用于船舶、冰山等的探測中，因此，海雜波背景下的目標檢測是非常有必要的。海雜波背景下的目標檢測既可以在時域進行，也可以在頻域進行。許多情況下，在時域中難以將目標和雜波區分開來，而將數據變換到頻域進行處理反而能得到很好的效果。在眾多的變換算法中，傅里葉變換是一種比較簡單、直接，也容易從物理概念上理解的算法，并且有快速算法可以使用，因此得到了廣泛的應用。動目標檢測方法(MTD,Moving Target Detection)是一種經典的使用傅里葉變換的頻域檢測方法，尤其是在非均勻雜波環境下對運動目標有較好的檢測效果。對于應用MTD方法檢測目標的雷達來說，它是采用離散傅里葉變換(DFT)，實際應用中往往采用快速傅里葉變換(FFT)，對時域中的數據進行傅里葉變換，獲得頻域數據。得到頻域數據后進行檢測統計量的計算，即先通過待檢測距離單元鄰近的接收雜波向量(被假定為純雜波向量)估計各多普勒通道的雜波平均功率，然后利用待檢測距離單元接收向量在各多普勒通道功率與其平均雜波功率相比得到待檢測距離單元的檢測統計量。得到檢測統計量后經與檢測門限值進行比較來確定待檢測距離單元是否有目標存在。
[0003]目前動目標檢測方法存在的不足是:當時域數據的脈沖點數不夠多時，如果只進行相應點的傅里葉變換，那么目標信號在頻域中的多普勒中心頻率就不能和傅里葉變換后的多普勒通道頻率相匹配，從而導致幅度失真，引起信號能量的損失，使檢測概率下降。而另一個不足之處同樣也存在于其他的檢測算法中，即對小目標進行檢測的時候，如果在參考距離單元內有大目標存在，則在檢測的過程中，由于大目標的能量比較強，將會產生遮蔽效應，導致小目標在檢測的過程中受到影響，使計算出來的檢測統計量變小，當檢測統計量小于門限時，小目標將會被大目標所淹沒，判決為沒有目標。這在目標檢測中是一個非常嚴重的缺陷，在實際應用中會帶來不可預知的后果，尤其是當運用在軍事目標檢測中時，重要軍事小目標未被檢測出來有可能帶來致命的危險。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的不足，本發明提出一種基于多普勒過采樣的海雜波背景下雷達運動目標的檢測方法，實現海雜波背景下的動目標檢測，解決現有方法中因脈沖數較少造成信號的多普勒中心頻率與多普勒通道的一致性不好以及大目標對周圍小目標的遮蔽效應而導致檢測效果不理想的問題。
[0005]為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。[0006]一種基于多普勒過采樣的海雜波背景下雷達動目標的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]步驟I，通過海觀測雷達對海面進行照射來接收回波數據；
[0008]步驟2，從回波數據中選擇檢測距離單元數據rd(n)和參考距離單元數據rp(n)；對檢測距離單元數據rd (η)和參考距離單元數據rp (η)進行過四采樣和傅里葉變換，得到過采樣傅里葉變換后的檢測距離單元數據Rd (k)和過采樣傅里葉變換后的參考距離單元數據Rp(k)；
[0009]步驟3，利用過采樣傅里葉變換后的檢測距離單元數據Rd (k)和過采樣傅里葉變換后的參考距離單元數據Rp (k)計算檢測統計量ξ (k)；
[0010]步驟4，給定虛警概率Pfa，通過蒙特卡羅方法確定檢測門限I!；
[0011]步驟5，將檢測統計量ξ (k)與檢測門限η進行比較，判斷檢測統計量ξ (k)對應的檢測距離單元是否存在目標；如果ξ (k)≥η表示檢測距離單元存在目標；如果UkXn表示檢測距離單元不存在目標；其中，ξ (k)表示檢測距離單元的第k個多普勒通道的檢測統計量，對每一個檢測距離單元的Mc個檢測統計量ξ (k)，k = 1，2，...Mc,只要有一個檢測統計量大于檢測門限Π，則該檢測距離單元存在目標；
[0012]步驟6，對回波數據中所有檢測距離單元執行步驟2至步驟5，得到第一次檢測出的存在目標的檢測距離單元；
[0013]步驟7，將第一次檢測出的存在目標的檢測距離單元對應的參考距離單元作為第二次檢測距離單元；將第二次檢測距離單元左右兩側的兩到三個距離單元作為第二次保護距離單元，在第二次檢測距離單元左右兩側除第二次保護距離單元外選擇P個距離單元作為第二次參考距離單元；第二次參考距離單元不包括第一次檢測出的存在目標的檢測距離單元；
[0014]將第二次檢測距離單元對應的數據作為第二次檢測距離單元數據；將第二次參考距離單元對應的數據作為第二次參考距離單元數據；
[0015]步驟8，對第二次檢測距離單元數據和第二次參考距離單元數據進行過四采樣和傅里葉變換，得到第二次過采樣傅里葉變換后的檢測距離單元數據和第二次過采樣傅里葉變換后的參考距離單元數據；
[0016]利用第二次過采樣傅里葉變換后的檢測距離單元數據和第二次過采樣傅里葉變換后的參考距離單元數據計算第二次檢測統計量；將第二次檢測統計量與檢測門限n進行比較，得到第二次檢測出的存在目標的檢測距離單元；
[0017]將第一次檢測出的存在目標的檢測距離單元和第二次檢測出的存在目標的檢測距離單元作為存在目標的距離單元的檢測結果。
[0018]上述技術方案的特點和進一步改進在于:
[0019](I)步驟I具體為:
[0020]步驟I中回波數據的構成有兩種形式如下式(I):
\ Hn:r = c
[0021](I)
[/J1:r - s + c
[0022]其中，r表示接收到的回波數據，c表示純海雜波信號，s表示目標信號，H0表示雷達接收到的回波數據由純海雜波構成，H1表示雷達接收到的回波數據由目標和海雜波共同構成。
[0023](2)步驟2包括以下子步驟:
[0024]2a)從回波數據中選擇檢測距離單元rd，在檢測距離單元rd左右兩側各選取兩到三個距離單元作為保護距離單元，在檢測距離單元左右兩側除保護距離單元外選取P個距離單元作為參考距離單元rp, P = 2L, L為整數；
[0025]2b)將檢測距離單元對應的數據確定為檢測距離單元數據rd(n)，η = 1，2，...N，將參考距離單元對應的數據確定為參考距離單元數據rp(n), η = I, 2,...N ；Ν表示回波數據的脈沖維的脈沖個數，η表示脈沖數的變量，P是表示參考距離單元數目的變量；
[0026]2c)設定過四采樣點數M = 4N，對檢測距離單元數據rd(n)和參考距離單元數據rp(n)的尾部進行補零操作，補3N個零，使檢測距離單元數據!^!!)的長度達到M、參考距離單元數據4(11)的長度達到M，得到過四采樣結果，過四采樣結果即補零后的檢測距離單元數據r4"), η = I, 2,...M和補零后的參考距離單元數據r rP(n\ η = I, 2,...M ；
[0027]2d)對過四采樣結果進行傅里葉變換，得到過采樣傅里葉變換后的檢測距離單元數據Rd (k)和過采樣傅里葉變換后的參考距離單元數據Rp (k)，如下表達式:
【權利要求】
1.一種基于多普勒過采樣的海雜波背景下雷達動目標的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，通過海觀測雷達對海面進行照射來接收回波數據；步驟2，從回波數據中選擇檢測距離單元數據!^!!)和參考距離單元數據rp(η);對檢測距離單元數據rd (η)和參考距離單元數據rp (η)進行過四采樣和傅里葉變換，得到過采樣傅里葉變換后的檢測距離單元數據Rd(k)和過采樣傅里葉變換后的參考距離單元數據Rp(k)；步驟3，利用過采樣傅里葉變換后的檢測距離單元數據Rd(k)和過采樣傅里葉變換后的參考距離單元數據Rp (k)計算檢測統計量ξ (k)； 步驟4，給定虛警概率p fa，通過蒙特卡羅方法確定檢測門限η ； 步驟5，將檢測統計量ξ (k)與檢測門限η進行比較，判斷檢測統計量ξ (k)對應的檢測距離單元是否存在目標；如果ξ (k)≥η表示檢測距離單元存在目標；如果ξ (k)〈 η表示檢測距離單元不存在目標；其中，ξ (k)表示檢測距離單元的第k個多普勒通道的檢測統計量，對每一個檢測距離單元的M。個檢測統計量ξ (k)，k = 1，2，...Mc,只要有一個檢測統計量大于檢測門限H，則該檢測距離單元存在目標； 步驟6，對回波數據中所有檢測距離單元執行步驟2至步驟5，得到第一次檢測出的存在目標的檢測距離單元； 步驟7，將第一次檢測出的存在目標的檢測距離單元對應的參考距離單元作為第二次檢測距離單元；將第二次檢測距離單元左右兩側的兩到三個距離單元作為第二次保護距離單元，在第二次檢測距離單元左右兩側除第二次保護距離單元外選擇P個距離單元作為第二次參考距離單元；第二次參考距離單元不包括第一次檢測出的存在目標的檢測距離單元; 將第二次檢測距離單元對應的數據作為第二次檢測距離單元數據；將第二次參考距離單元對應的數據作為第二次參考距離單元數據； 步驟8，對第二次檢測距離單元數據和第二次參考距離單元數據進行過四采樣和傅里葉變換，得到第二次過采樣傅里葉變換后的檢測距離單元數據和第二次過采樣傅里葉變換后的參考距離單元數據； 利用第二次過采樣傅里葉變換后的檢測距離單元數據和第二次過采樣傅里葉變換后的參考距離單元數據計算第二次檢測統計量；將第二次檢測統計量與檢測門限n進行比較，得到第二次檢測出的存在目標的檢測距離單元； 將第一次檢測出的存在目標的檢測距離單元和第二次檢測出的存在目標的檢測距離單元作為存在目標的距離單元的檢測結果。
2.根據權利要求1所述的基于多普勒過采樣的海雜波背景下雷達動目標的檢測方法，其特征在于，步驟I中回波數據的構成有兩種形式如下式(I):
3.根據權利要求1所述的基于多普勒過采樣的海雜波背景下雷達動目標的檢測方法，其特征在于，步驟2包括以下子步驟: 2a)從回波數據中選擇檢測距離單元rd，在檢測距離單元rd左右兩側各選取兩到三個距離單元作為保護距離單元，在檢測距離單元左右兩側除保護距離單元外選取P個距離單元作為參考距離單元rp, P = 2L, L為整數； 2b)將檢測距離單元對應的數據確定為檢測距離單元數據rd(n)，n = 1，2，...N，將參考距離單元對應的數據確定為參考距離單元數據rp(n), η = I, 2,...N ；Ν表示回波數據的脈沖維的脈沖個數，η表示脈沖數的變量，P表示參考距離單元數目的變量； 2c)設定過四采樣點數M = 4N，對檢測距離單元數據rd (η)和參考距離單元數據rp (η)的尾部進行補零操作，補3Ν個零，使檢測距離單元數據rd(n)的長度達到M、參考距離單元數據rp(n)的長度達到M，得到過四采樣結果，過四采樣結果即補零后的檢測距離單元數據rd(n), η = I, 2,...M和補零后的參考距離單元數據η = I, 2,...M ； 2d)對過四采樣結果進行傅里葉變換，得到過采樣傅里葉變換后的檢測距離單元數據Rd(k)和過采樣傅里葉變換后的參考距離單元數據Rp (k)，如下表達式:
4.根據權利要求1所述的基于多普勒過采樣的海雜波背景下雷達動目標的檢測方法，其特征在于，步驟3包括以下子步驟: 3a)計算過采樣傅里葉變換后的參考距離單元數據Rp (k)的第k個多普勒通道的平均功率J5(I)，平均功率T5⑷表達式為下式:
5.根據權利要求1所述的基于多普勒過采樣的海雜波背景下雷達動目標的檢測方法，其特征在于，步驟4具體為: 在雷達接收到的回波數據由純海雜波構成的情況下，計算Ntl個海雜波信號的檢測統計量，當虛警概率為Pfa時， 要保證NtlPfa ^ 100，將Ntl個海雜波信號的檢測統計量從大到小進行排序，取第仏」個檢測統計量的值作為檢測門限η，[乂化」表示不大于NtlPfa的最大整數。
【文檔編號】G01S7/41GK104007434SQ201410234329
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】許述文, 水鵬朗, 陳帥, 宋希珍, 夏曉云, 馬曉禮 申請人:西安電子科技大學