逆高斯紋理復合高斯雜波下距離擴展目標自適應檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及雷達目標檢測技術領域，尤其涉及一種逆高斯紋理復合高斯雜波下距 離擴展目標自適應檢測方法，可用于寬帶雷達體制下的目標檢測。
【背景技術】
[0002] 雷達的應用主要有兩大方面:一方面是對大氣、陸地、海洋等進行遙感；另一方面 是對目標進行檢測與識別。雷達應用依據的電磁學原理是:物體會對照射到其表面的電磁 波產生散射，而可以通過截獲的散射電磁波獲得被照射物體的一些相關信息，如電磁散射 特性、幾何形狀等。在雷達接收到的電磁回波中，那些不希望探測的各種散射體產生的電磁 回波，我們視為雜波。雜波是雷達進行目標檢測時必然存在的重要回波分量，因此對于探測 雷達，實現其在雜波背景下準確而高效地檢測目標是非常重要的。
[0003] 對海觀測雷達接收到雜波稱為海雜波。海雜波比地雜波要復雜得多，因為它不僅 受到雷達參數的影響，還受氣候環境等不確定自然因素的影響。大量實驗數據的分析和研 究也表明，海雜波平均功率大，時空相關性強，統計特性復雜，這就給在海雜波背景下進行 目標檢測帶來了困難，我們需要通過對海雜波進行深入研究來尋求解決問題的方法。當前 對海雜波的研究途徑一般有以下兩種:一種是從散射機理出發，研究電磁介質與電磁波的 相互作用，提取簡化模型；另一種是利用大量的觀測數據來研究海雜波的統計特性。在對海 雜波進行深度認知的基礎上，海雜波背景下的目標檢測技術也得到了極大地推動和發展。
[0004] 雷達分辨率較低時，一個雷達分辨單元內有大量散射體，海雜波是由大量獨立散 射體后向散射回波的矢量疊加，根據中心極限定理，海雜波可以用復高斯模型描述，幅度服 從瑞利分布，相位服從均勻分布;隨著雷達分辨率的提高，包含在一個雷達分辨單元內獨立 的散射體數目大大降低，同時，探測距離的增加，掠射角減小，導致雷達回波受到眾多因素 的影響，雷達回波中出現異常的散射體，導致海雜波幅度分布出現長拖尾現象，呈現很強的 非高斯特性。通常采用對數正態分布（log-normal)、韋布爾分布(Weibull)和K分布來描述 長拖尾的海雜波的幅度分布。與對數正態分布與韋布爾分布相比，K分布可以較好的與實 驗、觀測數據相吻合，同時可以從物理散射機理上對海雜波進行解釋，因此被廣泛應用。近 年來，逆高斯紋理復合高斯分布被用來描述長拖尾海雜波的幅度。逆高斯紋理復合高斯分 布指的是紋理分量服從逆高斯分布的復合高斯分布。文章"Modelfornon-rayleigh clutteramplitudesusingcompoundinversegaussiandistribution:an experimentalanalysis"通過用逆高斯紋理復合高斯分布對實測的海雜波進行擬合，說明 了在大多數情況下逆高斯紋理復合高斯分布對海雜波的擬合度比對數正態分布、韋布爾分 布、K分布對海雜波的擬合度高。
[0005] 根據海雜波的統計模型設計距離擴展目標的自適應檢測器是學者們研究的熱點。 距離擴展目標指的是高分辨率雷達下的目標。在K分布雜波模型下，學者們設計了許多距離 擴展目標的自適應檢測器，但是關于逆高斯紋理復合高斯雜波下距離擴展目標自適應檢測 器的研究很少，因此在逆高斯紋理復合高斯雜波下研究設計距離擴展目標的自適應檢測器 是很有必要的。
【發明內容】
[0006] 針對上述現有技術的不足，本發明的實施例提供一種逆高斯紋理復合高斯雜波下 距離擴展目標自適應檢測方法。
[0007] 為達到上述目的，本發明的實施例采用如下技術方案予以實現。
[0008] 一種逆高斯紋理復合高斯雜波下距離擴展目標自適應檢測方法，用于寬帶雷達體 制下的雷達目標檢測，所述方法包括如下步驟：
[0009] 步驟1，建立雷達目標檢測的二元假設模型；
[0010] 步驟2,采用球不變向量過程模型構建逆高斯紋理復合高斯雜波信號；
[0011] 步驟3，采用廣義似然比得到逆高斯紋理復合高斯雜波下距離擴展目標自適應檢 測器；
[0012]步驟4，確定所述自適應檢測器的檢測門限；
[0013] 步驟5,獲取雷達回波數據，并根據所述自適應檢測器確定所述雷達回波數據的檢 測統計量；
[0014] 步驟6,根據所述檢測統計量和所述檢測門限判定所述雷達回波數據中是否存在 距離擴展目標，若所述檢測統計量大于所述檢測門限，則判定所述雷達回波數據中存在距 離擴展目標;否則判定所述雷達回波數據中不存在距離擴展目標。
[0015] 本發明的特點和進一步的改進為：
[0016] (1)步驟1中，所述建立雷達目標檢測的二元假設模型，具體為：
[0017]雷達目標有存在和不存在兩種可能，因此雷達目標檢測的二元假設模型如下：
[0018]
[0019]其中，Ho表示雷達目標不存在表示雷達目標存在;zk為待檢測的雷達回波數據，zk表示第k個距離單元的雷達回波數據，表示Szk=[zk(0)，…，zk(N-l)]T，N表示雷達發射脈 沖數；K表示雷達目標分布的距離單元數；nk為雜波信號；p為已知的導向矢量， P= [|..…'·^(^，...,#@_1叫％1的范圍為1<1^1^(1為目標的歸一化多普勒頻率;復矢 量ak為未知的確定參數，反映目標和通道的極化特性，（·，表示轉置操作。
[0020] (2)步驟2中，所述采用球不變向量過程模型構建逆高斯紋理復合高斯雜波信號， 具體為：
[0021 ]根據球不變向量過程模型構建雜波信號nk為；
[0022]
[0023]其中，^為第k個距離單元雜波的紋理分量；ck表示第k個距離單元雜波的散斑分 量，ck是均值為零和協方差矩陣為與的復高斯向量，E( ·)表示取均值操作，（·）H 表示共輒轉置操作；
[0024]假設紋理分量~服從逆高斯分布，即紋理分量的概率密度函數為：
[0025]
[0026]其中，λ表示形狀參數，μ表示尺度參數。
[0027] (3)步驟3中，所述采用廣義似然比得到逆高斯紋理復合高斯雜波下距離擴展目標 自適應檢測器，具體包括如下子步驟：
[0028] (3a)在雷達目標檢測的二元假設檢驗和逆高斯紋理復合高斯雜波條件下，確定檢 測信號Zk的聯合概率密度函數為：
[0029]
[0030]
[0031]其中，| · |表不取方陣的行列式，R為雜波信號nk的協方差矩陣，表不為Κ=Αβ((：?=?；Μ;?·(ζι，. . .，zk卜k;H〇)表示在雷達目標不存在的假設下所述檢測信號zk的 聯合概率密度函數，f(Z1，. . .，zk |ak，表示在雷達目標存在的假設下所述檢測信號zk 的聯合概率密度函數，P為已知的導向矢量，L的范圍為1 <L<N，復矢量ak為未知的確定參數；
[0032] (3b)根據紋理分量~的概率密度函數、所述檢測信號zk的聯合概率密度函數，采用 廣義似然比得到檢測規則式如下：
[0033]
[0034] 其中，max表示取最大值操作，^表示不等式左邊大于右邊為目標存在出情況，不等 式左邊小于右邊為目標不存在Ho情況，γ表示檢測器的檢測門限；
[0035] (3c)根據所述檢測規則式，得到參數ak的估計值：
[0036]
[0037] (3d)采用所述參數ak的估計值，對所述檢測規則式進行簡化，得到簡化后的檢測規則式：
[0038]
[0039] (3e)根據所述簡化后的檢測規則式，得到初檢測器為：
[0040]
[00411其中，Kv(x)表示v階第二類修正貝塞爾函數；
[0042] (3f)采用歸一化樣本協方差矩陣估計方法從輔助數據uk，k=l，2,…，L中估計得 到雜波的協方差矩陣的估計值f:
[0043]
[0044]其中，Uk為輔助數據，表示第k個距離單元的純雜波數據，表示為Uk= [Uk(0)，…，Uk(N-l) ]τ，N表示雷達發射脈沖數，L為輔助數據的單元數；
[0045] (3g)根據所述初檢測器和所述雜波的協方差矩陣的估計值，得到自適應檢測器 為：
[0046]
[0047] (4)步驟4中，所述確定所述自適應檢測器的檢測門限，具體為：
[0048]設置仿真參數，利用matlab仿真得到純雜波數