基于組合自適應歸一化匹配濾波的雷達目標檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于目標檢測技術領域，具體設及自適應歸一化匹配濾波檢測方法和目標 多普勒擴散問題，可用于對海雷達在海雜波背景下微弱運動目標的檢測。
【背景技術】
[0002] 海雜波背景下的微弱運動目標的有效探測是岸基和艦載對海監(jiān)測雷達的重要任 務之一。檢測的主要困難在于海雜波本身的復雜特性化及目標回波低信雜比特點。海雜波 與海情、氣候環(huán)境、風速、風向等自然因素W及雷達頻率、極化方式、分辨率、擦地角等諸多 因素有關，表現出了時間上非平穩(wěn)、空間上非均勻和統(tǒng)計特性上非高斯等復雜特性。該些復 雜特性要求檢測方法必須采用自適應處理實時估計海雜波的統(tǒng)計特性。同時，對于微弱運 動目標，特別是海面艦船該些低速目標，簡單的自適應檢測和短的累計時間往往難W有效 探測目標。檢測方法需要與海雜波特性和目標回波特性匹配。前者有利于海雜波的有效抑 審IJ，而后者有利于目標回波的有效累計。
[000引在傳統(tǒng)自適應檢測方法中，匹配濾波（matched filter, MF)和自適應匹配濾波 (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)和自適應歸一 化匹配濾波（ANM巧是公認的適用于重拖尾、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脈沖數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，其一是累計時間內海雜波必須是平穩(wěn)或近似平穩(wěn)的，并且有足夠多的空 間均勻樣本估計海雜波的協(xié)方差矩陣；其二是目標回波在累計時間之內必須沒有多普勒擴 散，目標回波功率聚集在一個多普勒通道內。
[0004] 該兩個條件在檢測微弱運動目標時是難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)計量的 乘積組合解決目標多普勒擴散的問題。最終，很好地解決了長累積時間、海雜波背景下微弱 運動目標的有效檢測問題。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出基于組合自適應歸一化匹配濾波（Combined ANMF， combined adaptive normalized matched filter)的雷達目標檢測方法，
[0006] 為實現上述技術目的，本發(fā)明采用如下技術方案予W實現。
[0007] 基于組合自適應歸一化匹配濾波的雷達目標檢測方法包括W下步驟：
[0008] 步驟1，利用雷達發(fā)射連續(xù)的脈沖信號，脈沖信號照射到物體表面產生回波，利用 雷達接收回波數據矩陣X，回波數據矩陣X是大小為KX Q的矩陣，K表示雷達接收信號的積 累脈沖數，Q表示雷達的距離單元數；
[0009] 步驟2,將回波數據矩陣X沿脈沖維進行劃分，回波數據矩陣X從上到下每N行組 成一個回波數據塊，回波數據矩陣X共劃分為B個回波數據塊，NXB = K ;所述B個回波數 據塊分別表示為X。X2…，Xb，…，Xb，Xb表示第b個回波數據塊，b = 1，2,…，B ;
[0010] 步驟3,將劃分得到的B個回波數據塊沿脈沖維進行組合，每N'個回波數據塊組 合為一個組合回波數據塊，回波數據矩陣X共對應C個組合回波數據塊，C和N'均為設定 的大于1的自然數，NXN' XC = K ;所述C個組合回波數據塊分別表示為X。X2…，X。… ，X。X。表示第C個組合回波數據塊，C = 1，2,…，C ;
[0011] 步驟4,確定雷達的第q個距離單元為每個回波數據塊Xb的待檢測距離單元，q = 1，2,…，Q ;將第b個回波數據塊Xb的待檢測距離單元的回波數據記為Z b。，然后選取第b個 回波數據塊Xb的參考距離單元，第b個回波數據塊Xb的參考距離單元的數目表示為R，R為 大于1的自然數；得出第b個回波數據塊Xb的待檢測距離單元的回波數據Z b。的雜波協(xié)方 差矩陣估計值
[001引步驟5,對于目標的多普勒頻率fd，得出第b個回波數據塊Xb的待檢測距離單元的 自適應歸一化匹配濾波檢測統(tǒng)計量Cb,。(片）；
[0013] 步驟6,得出目標的多普勒頻率的每個取值對應的第b個回波數據塊Xb的待檢測 距離單元的自適應歸一化匹配濾波檢測統(tǒng)計量；在目標的多普勒頻率的每個取值對應的第 b個回波數據塊Xb的待檢測距離單元的自適應歸一化匹配濾波檢測統(tǒng)計量中，選取最大值 作為第b個回波數據塊Xb的檢測統(tǒng)計量；將每個組合回波數據塊中N'個回波數據塊的檢 測統(tǒng)計量相乘，得出對應組合回波數據塊的檢測統(tǒng)計量，第C個組合回波數據塊X。的檢測 統(tǒng)計量表示為CeAMp，。；
[0014] 步驟7,將步驟6中C個回波數據塊的檢測統(tǒng)計量按降序排列，在降序排列后的C 個檢測統(tǒng)計量中，取第[Cf]個值作為檢測口限T,，[Cf]表示不超過實數Cf的最大整數，f 表示設定的虛警概率；
[0015] 步驟8,如果,，判定第C個組合回波數據塊的待檢測距離單元有目標， 否則，判定第C個組合回波數據塊的待檢測距離單元沒有目標。
[0016] 本發(fā)明的特點和進一步改進在于：
[0017] 在步驟2中，N為設定的大于1的自然數且為2的幕，N《Q/2。
[0018] 在步驟4中，第b個回波數據塊Xb的待檢測距離單元的回波數據Z b。的雜波協(xié)方 差矩陣估計值為；
[0019]
【主權項】
1. 基于組合自適應歸一化匹配濾波的雷達目標檢測方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟1，利用雷達發(fā)射連續(xù)的脈沖信號，脈沖信號照射到物體表面產生回波，利用雷達 接收回波數據矩陣X，回波數據矩陣X是大小為KXQ的矩陣，K表示雷達接收信號的積累脈 沖數，Q表示雷達的距離單元數； 步驟2,將回波數據矩陣X沿脈沖維進行劃分，回波數據矩陣X從上到下每N行組成一 個回波數據塊，回波數據矩陣X共劃分為B個回波數據塊，NXB=K;所述B個回波數據塊 分別表不為Xi,X2…，Xb,…，XB，Xb表不第b個回波數據塊，b= 1，2,…，B; 步驟3,將劃分得到的B個回波數據塊沿脈沖維進行組合，每N'個回波數據塊組合為 一個組合回波數據塊，回波數據矩陣X共對應C個組合回波數據塊，C和N'均為設定的大 于1的自然數，NXfXC=K;所述C個組合回波數據塊分別表示為XpX2…，X。，…，XC，X。 表示第c個組合回波數據塊，c= 1，2,…，C; 步驟4,確定雷達的第q個距離單元為每個回波數據塊Xb的待檢測距離單元，q= 1，2,…，Q;將第b個回波數據塊Xb的待檢測距離單元的回波數據記為zb，q，然后選取第b個 回波數據塊Xb的參考距離單元，第b個回波數據塊Xb的參考距離單元的數目表示為R，R為 大于1的自然數；得出第b個回波數據塊Xb的待檢測距離單元的回波數據zb，q的雜波協(xié)方 差矩陣估計值&M; 步驟5,對于待檢測目標的多普勒頻率fd，得出第b個回波數據塊Xb的待檢測距離單元 的自適應歸一化匹配濾波檢測統(tǒng)計量eb，q(fd); 步驟6,得出目標的多普勒頻率的每個取值對應的第b個回波數據塊Xb的待檢測距離 單元的自適應歸一化匹配濾波檢測統(tǒng)計量；在目標的多普勒頻率的每個取值對應的第b個 回波數據塊Xb的待檢測距離單元的自適應歸一化匹配濾波檢測統(tǒng)計量中，選取最大值作為 第b個回波數據塊Xb的檢測統(tǒng)計量；將每個組合回波數據塊中N'個回波數據塊的檢測統(tǒng) 計量相乘，得出對應組合回波數據塊的檢測統(tǒng)計量，第c個組合回波數據塊X。的檢測統(tǒng)計 量表示為I CANMF, c? 步驟7,將步驟6中C個回波數據塊的檢測統(tǒng)計量按降序排列，在降序排列后的C個檢 測統(tǒng)計量中，取第[Cf]個值作為檢測門限1\，[Cf]表示不超過實數Cf的最大整數，f表示 設定的虛警概率； 步驟8,如果|eANMF，。多T4，說明第c個組合回波數據塊的待檢測距離單元有目標，否 貝1J，說明第c個組合回波數據塊的待檢測距離單元沒有目標。
2. 如權利要求1所述的基于組合自適應歸一化匹配濾波的雷達目標檢測方法，其特征 在于，在步驟2中，N為設定的大于1的自然數且為2的冪，N彡Q/2。
3. 如權利要求1所述的基于組合自適應歸一化匹配濾波的雷達目標檢測方法，其特征 在于，在步驟4中，第b個回波數據塊Xb的待檢測距離單元的回波數據z^的雜波協(xié)方差矩 陣估計值兌6>1?為：
其中，上標H表示取共軛轉置，zu表示第b個回波數據塊Xb的第r個參考距離單元的 回波數據。
4. 如權利要求1所述的基于組合自適應歸一化匹配濾波的雷達目標檢測方法，其特征 在于，在步驟5中，第b個回波數據塊Xb的待檢測距離單元的自適應歸一化匹配濾波檢測 統(tǒng)計量Q，q(fd)為：
其中，p(fd)為目標的多普勒導向矢量，fd表示目標的多普勒頻率，上標T表示矩陣或 向量的轉置，上標-1表示矩陣的逆，上標H表示共軛轉置，| ? |表示取絕對值或者模值。
5. 如權利要求1所述的基于組合自適應歸一化匹配濾波的雷達目標檢測方法，其特征 在于，在步驟6中，第c個組合回波數據塊X。中待檢測單元的組合檢測統(tǒng)計量|CANMF，。為：
其中，I；是雷達的脈沖重復周期（PRI)，C(X)表示第c個組合回波數據塊中第k個 回波數據塊的檢測統(tǒng)計量，k= 1，2,…，N'。
【專利摘要】本發(fā)明屬于目標檢測技術領域，用于雷達在海雜波背景下檢測弱的運動目標。其具體步驟為：利用雷達駐留在一個波位發(fā)射的相干脈沖串接收各距離單元的回波數據構成距離-脈沖復數矩陣；按一定規(guī)則對回波數據矩陣沿脈沖維進行劃分與組合；對于劃分得到的回波數據塊的待檢測距離單元，計算其雜波協(xié)方差矩陣估計值；利用該估計值及待檢測距離單元數據求出各多普勒通道上檢測統(tǒng)計量的值，并得到每個回波數據塊中檢測統(tǒng)計量的最大值，通過最大值的乘積求出各組合檢測統(tǒng)計量的值；根據設定的虛警概率、組合回波數據塊的塊數，通過蒙特卡羅方法計算出判決門限；如果組合檢測統(tǒng)計量的值大于門限，判定待檢測距離單元有目標，否則判定待檢測距離單元無目標。
【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
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月27日