專利名稱：基于frft域非相參積累的海雜波抑制和動(dòng)目標(biāo)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)處理和檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及對(duì)海探測雷達(dá)的動(dòng)目標(biāo)檢測技術(shù)。
背景技術(shù)：
海洋環(huán)境中微弱動(dòng)目標(biāo)的檢測問題是當(dāng)前對(duì)海探測技術(shù)的研究熱點(diǎn)和工程技術(shù)難點(diǎn)，在軍用和民用方面都有著重要意義。在對(duì)海微弱動(dòng)目標(biāo)的檢測中，運(yùn)動(dòng)的小型艦船的雷達(dá)反射截面積(Radar Cross Section, RCS)很小，其回波常常淹沒在海雜波和噪聲中。 此時(shí)采用傳統(tǒng)的基于空域處理的恒虛警(Constant False Alarm Rate, CFAR)方法，例如單元平均恒虛警(CelIAveraging-CFAR, CA-CFAR)，有序統(tǒng)計(jì)量恒虛警(Order Statistics CFAR, 0S-CFAR)等，利用鄰近檢測單元的某些參考單元的采樣值對(duì)檢測單元內(nèi)的雜波強(qiáng)度進(jìn)行估計(jì)，由于海雜波在高海情的情況下，目標(biāo)回波受海雜波干擾嚴(yán)重，海雜波表現(xiàn)出的非高斯特性使得對(duì)其的準(zhǔn)確建模比較困難，當(dāng)海雜波的統(tǒng)計(jì)模型不定且SCR低于某一水平時(shí)，基于空域處理的檢測方法幾乎無能為力。雜波圖(Clutter Map, CM)是存儲(chǔ)器中雷達(dá)威力范圍內(nèi)的雜波強(qiáng)度分布圖，屬于基于時(shí)域處理的CFAR方法，該方法利用雜波圖存儲(chǔ)每個(gè)距離-方位單元的背景功率水平，在每個(gè)掃描周期用當(dāng)前的和以前的若干次掃描周期回波的采樣值更新雜波單元的數(shù)據(jù)，適合于空域或距離變化十分劇烈、卻隨時(shí)域變化比較平穩(wěn)的情況，比如地雜波和海雜波的情形。 對(duì)于固定雜波，雜波圖存儲(chǔ)單元的雜波平均值和固定回波基本相同的，對(duì)消后基本沒有剩余；而移動(dòng)目標(biāo)幅值被平均后對(duì)雜波圖建立貢獻(xiàn)很小，因此對(duì)消后動(dòng)目標(biāo)回波有很大剩余， 從而可將固定雜波對(duì)消而檢測出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。目前，時(shí)域雜波圖CFAR檢測技術(shù)主要存在兩個(gè)方面的缺陷一是對(duì)于慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，其不同掃描周期存儲(chǔ)的幅值基本相同，雜波圖在消除固定地雜波和海雜波的同時(shí)，也大大削弱了目標(biāo)的能量；二是在強(qiáng)海雜波背景下，目標(biāo)回波極其微弱，海雜波的大量尖峰造成嚴(yán)重虛警，導(dǎo)致時(shí)域雜波圖CFAR的檢測性能下降。若海面目標(biāo)做勻速或勻加速運(yùn)動(dòng)，其回波可以近似為線性調(diào)頻信號(hào)(Linear FrequencyModulation, LFM),而分?jǐn)?shù)階 Fourier 變換(Fractional Fourier Transform, FRFT)對(duì)LFM有良好的能量聚集性，且是一維變換，可以借助FFT實(shí)現(xiàn)，因此在FRFT域處理 LFM信號(hào)有很大的優(yōu)勢。動(dòng)目標(biāo)回波經(jīng)過FRFT后，在最佳變換域能夠形成峰值，目標(biāo)能量得到積累，改善了信雜比，不僅不需要估計(jì)海雜波的模型參數(shù)，而且能估計(jì)出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，從而獲得目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因此，考慮將基于FRFT的動(dòng)目標(biāo)檢測技術(shù)與雜波圖CFAR技術(shù)相結(jié)合，以提高強(qiáng)海雜波背景下的動(dòng)目標(biāo)檢測性能。

發(fā)明內(nèi)容
1.要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提供一種可以在強(qiáng)海雜波背景下檢測微弱動(dòng)目標(biāo)的FRFT域動(dòng)目標(biāo)檢測器。其中要解決的技術(shù)問題包括
(1)海雜波中的動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)能量較為微弱，信雜比低；(2)克服傳統(tǒng)的時(shí)域雜波圖對(duì)消容易削弱慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)能量的缺點(diǎn)；(3)較為合理地設(shè)置雷達(dá)回波信號(hào)的延遲時(shí)間。2.技術(shù)方案本發(fā)明所述的基于FRFT域非相參積累的海雜波抑制和動(dòng)目標(biāo)檢測方法，包括以下技術(shù)措施首先，通過計(jì)算雷達(dá)回波信號(hào)及其多個(gè)延遲信號(hào)的離散FRFT (DFRFT)，在FRFT 域?qū)?dòng)目標(biāo)的能量進(jìn)行積累。然后，對(duì)FRFT域數(shù)據(jù)進(jìn)行非相參積累，利用動(dòng)目標(biāo)和海雜波回波信號(hào)時(shí)移特性的不同，動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)的FRFT模函數(shù)位置與延遲有關(guān)，而海雜波回波信號(hào)的FRFT模函數(shù)與延遲近似無關(guān)，通過對(duì)延遲數(shù)據(jù)的迭代平滑，可分別采用FRFT域均值積累方法和FRFT域單極點(diǎn)反饋積累方法，完成對(duì)FRFT域信號(hào)的非相參積累。將FRFT域信號(hào)與積累后的數(shù)據(jù)對(duì)消，最大程度地抑制海雜波，提高信雜比。為了保證不削弱FRFT域動(dòng)目標(biāo)能量，延遲時(shí)間應(yīng)保證FRFT域雜波圖對(duì)消前后的動(dòng)目標(biāo)峰值位置之差大于峰值寬度的一半。最后，以FRFT域?qū)ο蟮男盘?hào)幅值作為檢測統(tǒng)計(jì)量，并與給定虛警概率下的檢測門限進(jìn)行比較，如果其高于檢測門限，判決為存在動(dòng)目標(biāo)信號(hào)，否則判決為沒有動(dòng)目標(biāo)信號(hào)，并估計(jì)出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括速度和加速度。該檢測器能夠抑制海雜波，且能很好地積累動(dòng)目標(biāo)能量，改善信雜比，因此適用于低信雜比下的動(dòng)目標(biāo)檢測。3.有益效果本發(fā)明相比背景技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)(1)該檢測器不需最佳旋轉(zhuǎn)角的先驗(yàn)信息，僅需計(jì)算多次延遲回波信號(hào)的DFRFT， 因而具有較低的計(jì)算復(fù)雜度；(2)該檢測器能夠克服時(shí)域雜波圖對(duì)消時(shí)容易削弱慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)能量的缺點(diǎn)，并能估計(jì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；(3)該檢測器能有效抑制海雜波，改善信雜比。(4)該檢測器具有在強(qiáng)雜波中檢測和估計(jì)微弱動(dòng)目標(biāo)的能力。
四

說明書附圖1是基于FRFT域非相參積累的海雜波抑制和動(dòng)目標(biāo)檢測方法處理流程，圖2是基于FRFT域均值積累的海雜波抑制和動(dòng)目標(biāo)檢測方法的實(shí)施原理流程圖，附圖 3是基于FRFT域單極點(diǎn)反饋積累的海雜波抑制和動(dòng)目標(biāo)檢測方法的實(shí)施原理流程圖。
五具體實(shí)施例方式以下結(jié)合說明書附圖1對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照說明書附圖1，本發(fā)明的處理流程分為以下幾個(gè)步驟(1)接收雷達(dá)回波數(shù)據(jù)；(2)對(duì)匹配濾波處理后的時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行多次延遲；(3)選擇一定的變換階數(shù)范圍及步長，對(duì)多次延遲的數(shù)據(jù)進(jìn)行離散FRFT ；(4)對(duì)FRFT域的信號(hào)進(jìn)行非相參積累，通過對(duì)消處理抑制海雜波；(5)通過設(shè)定的門限進(jìn)行動(dòng)目標(biāo)檢測與估計(jì)；(6)輸出檢測結(jié)果。
步驟(4)中的FRFT域非相參積累方法可采用均值積累和單極點(diǎn)反饋積累的方法， 因此，可分為兩種具體實(shí)施方式
。
具體實(shí)施方式
一基于FRFT域均值積累的海雜波抑制和動(dòng)目標(biāo)檢測方法以下結(jié)合說明書附圖2作進(jìn)一步詳細(xì)描述?；贔RFT域均值積累的海雜波抑制和動(dòng)目標(biāo)檢測方法的具體實(shí)施方式
分以下幾個(gè)步驟(1)雷達(dá)天線的回波信號(hào)經(jīng)放大和混頻后，得到零中頻數(shù)據(jù)，送入存儲(chǔ)裝置1進(jìn)行預(yù)處理，以得到η時(shí)刻對(duì)N個(gè)采樣點(diǎn)形成的N維輸入信號(hào)向量χ (η) = [χ (η), χ (η-1),..., χ(η-Ν+1)]τ。(2)存儲(chǔ)裝置2對(duì)存儲(chǔ)裝置1的輸入信號(hào)向量延遲一定時(shí)間τ。為了保證FRFT 域雜波圖對(duì)消前后的動(dòng)目標(biāo)能量基本不被削弱，延遲時(shí)間應(yīng)保證FRFT域雜波圖對(duì)消前后的動(dòng)目標(biāo)峰值位置之差大于峰值寬度的一半，由下式計(jì)算得到
權(quán)利要求
1.基于FRFT域非相參積累的海雜波抑制和動(dòng)目標(biāo)檢測方法，其特征在于包括以下步驟步驟一對(duì)匹配濾波處理后的時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行多次延遲； 步驟二 選擇一定的變換階數(shù)范圍及步長，對(duì)多次延遲的數(shù)據(jù)進(jìn)行離散FRFT ； 步驟三對(duì)FRFT域的信號(hào)進(jìn)行非相參積累，通過對(duì)消處理抑制海雜波； 步驟四通過設(shè)定的門限進(jìn)行動(dòng)目標(biāo)檢測與估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FRFT域非相參積累的海雜波抑制和動(dòng)目標(biāo)檢測方法，其特征在于步驟一中所述選定延遲時(shí)間τ的方法為為了保證FRFT域非相參積累后，對(duì)消抑制海雜波時(shí)，動(dòng)目標(biāo)能量基本不被削弱，延遲時(shí)間應(yīng)保證對(duì)消前后的動(dòng)目標(biāo)峰值位置之差大于峰值寬度的一半，由下式計(jì)算得到
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FRFT域非相參積累的海雜波抑制和動(dòng)目標(biāo)檢測方法，其特征在于步驟三使用均值積累對(duì)消法對(duì)多次延遲后的FRFT域信號(hào)作平均，得到海雜波在Pi階FRFT域的功率水平估計(jì)，形成FRFT域均值積累其中，k為延遲次數(shù)，Xk(η)為FRFT域信號(hào)。將FRFT域信號(hào)X1 (η)與FRFT域均值積累結(jié)果Y (η)進(jìn)行相減，得到一定變換階數(shù)范圍內(nèi)的對(duì)消結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FRFT域非相參積累的海雜波抑制和動(dòng)目標(biāo)檢測方法，其特征在于步驟三使用單極點(diǎn)反饋積累對(duì)消法對(duì)多次延遲后的FRFT域信號(hào)進(jìn)行迭代平滑，用第k-Ι次延遲后的FRFT域海雜波功率水平的估計(jì)值Ylri (η)和第k次延遲后的FRFT域信號(hào)Xk(η)來估計(jì)當(dāng)前Pi階FRFT域海雜波背景Yk (η)，形成FRFT域單極點(diǎn)反饋積累 Yk (n) = (I-W)Yk^1 (η)+wXk (η)其中，k為延遲次數(shù)，w為迭代因子，w e W，l]，一般取w = 0. 125, Xk (η)為FRFT域信號(hào)。將FRFT域信號(hào)X1 (η)與FRFT域單極點(diǎn)反饋積累結(jié)果Yk(η)進(jìn)行相減，得到一定變換階數(shù)范圍內(nèi)的對(duì)消結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于FRFT域非相參積累的海雜波抑制和動(dòng)目標(biāo)檢測方法，屬于雷達(dá)信號(hào)處理和檢測技術(shù)領(lǐng)域。目前時(shí)域雜波圖對(duì)消技術(shù)難以檢測慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，且在強(qiáng)海雜波背景下，目標(biāo)單元中信雜比很低，海雜波尖峰容易造成虛警，導(dǎo)致檢測性能下降。為此，本發(fā)明基于FRFT的動(dòng)目標(biāo)檢測技術(shù)，通過對(duì)FRFT域延遲數(shù)據(jù)的迭代平滑，分別采用FRFT域均值積累方法和FRFT域單極點(diǎn)反饋積累方法，完成非相參積累；將FRFT域信號(hào)與積累后的數(shù)據(jù)對(duì)消，抑制海雜波，改善信雜比，輸出信號(hào)的幅值作為檢測統(tǒng)計(jì)量。該檢測器具有檢測微弱動(dòng)目標(biāo)的能力，不需要最佳變換角的先驗(yàn)信息，且能估計(jì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，適用于低信雜比條件，簡單易實(shí)現(xiàn)，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01S7/41GK102169175SQ20101059161
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者何友, 關(guān)鍵, 陳小龍, 黃勇 申請(qǐng)人:關(guān)鍵