高頻雷達海雜波幅度統(tǒng)計分布檢驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高頻雷達海雜波幅度統(tǒng)計分布檢驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高頻（3-30MHZ)雷達工作在短波波段，利用垂直極化電磁波沿海表面繞射傳播損 耗小的特點，探測距離不受地球曲率的限制，可以完成對于目標的超遠距離探測。而海雜波 作為海洋回波譜的主要分量，構(gòu)成了目標檢測的主要雜波背景。理論上，岸基高頻地波雷達 海雜波幅度服從高斯分布，而這一結(jié)論在本質(zhì)上也決定了現(xiàn)有大多數(shù)雜波抑制算法的選擇 和恒虛警檢測器的設(shè)計。
[0003] 然而，隨著近幾十年高頻雷達的快速發(fā)展，其傳播模式（天波發(fā)射-地波接收，天 波發(fā)射-艦載平臺接收）、布局方式（雙/多基地）和工作模式（Mnro)都有了很大的變化， 海雜波幅度統(tǒng)計特性也將會不同程度地偏離理論分布。在實際工程中，我們需要及時獲得 海雜波的統(tǒng)計特性分布，從而改變相應(yīng)的信號處理手段。目前，為了得到復(fù)雜情況下海雜波 真實的幅度統(tǒng)計特性分布，主要的分析方法有兩種：（1)通過理論建模的方法，將其他因素 的影響參數(shù)化表示在海雜波回波譜的解析式中，進而在理論上盡量能夠描述實際探測環(huán)境 下海雜波回波的幅度特性；(2)直接根據(jù)雷達采樣的實測回波數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計檢驗。前一種 方法，雖然避免了錄取實測數(shù)據(jù)對人力、物力的要求，但是該方法對理論建模要求較高，特 別在一些復(fù)雜情況下，很難得到準確的參數(shù)化表示結(jié)果，而且即便能夠得到，最終得到的回 波信號也將是一個多參數(shù)高復(fù)合的表示形式，對于這樣的一個形式從理論上定量分析其統(tǒng) 計分布，難度很大。對于后一種基于實測數(shù)據(jù)的方法，由于雷達在一個積累周期內(nèi)所獲得的 數(shù)據(jù)長度往往較大，實際對雜波進行統(tǒng)計檢驗時，所需要的運算復(fù)雜度較高?？杉幢闳绱耍?該方法由于其主要利用實測數(shù)據(jù)，在本質(zhì)上規(guī)避了對其它復(fù)雜擾動參數(shù)的分析，分析方法 更具靈活性和穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的海雜波幅度統(tǒng)計特性分析方法存在理論建模要 求高，從理論上定量分析參數(shù)化結(jié)果的統(tǒng)計分布難度大的問題，而提出一種高頻雷達海雜 波幅度統(tǒng)計分布檢驗方法。
[0005] -種高頻雷達海雜波幅度統(tǒng)計分布檢驗方法，所述高頻雷達海雜波幅度統(tǒng)計分布 檢驗方法通過以下步驟實現(xiàn)：
[0006] 步驟一、對天線各陣元采集的回波數(shù)據(jù)進行距離方位處理，得到待檢測回波的三 維數(shù)據(jù)矩陣，完成回波數(shù)據(jù)預(yù)處理過程；
[0007] 步驟二、利用SVD法對待檢測海雜波主分量進行提取，并對提取出的海雜波主分 量進行分段自適應(yīng)回歸模型建模，得到模型階數(shù)與分段后數(shù)據(jù)長度；其中，所述SVD法為奇 異值分解方法；其中，所述SVD法為奇異值分解方法；
[0008] 步驟三、利用步驟二計算得到的模型階數(shù)和分段數(shù)據(jù)，計算雜波主分量高階累積 量；
[0009] 步驟四、根據(jù)置信度水平設(shè)置檢驗門限；
[0010] 步驟五、結(jié)合步驟三的雜波主分量高階累積量計算結(jié)果計算檢驗統(tǒng)計量，并將檢 驗統(tǒng)計量與檢驗門限比較，從而確定回波數(shù)據(jù)的后續(xù)處理手段。
[0011] 本發(fā)明的有益效果為：
[0012] 本發(fā)明提供一種高頻雷達系統(tǒng)中海雜波幅度統(tǒng)計特性檢測方法，該方法能夠定量 給出，在一定置信概率條件下，多個探測距離單元上海雜波幅度統(tǒng)計特性與理論高斯分布 的差異大小，從而為后續(xù)雜波協(xié)方差矩陣估計、雜波抑制方法的選擇和目標檢測器的構(gòu)造 提供參考。主要針對經(jīng)過距離壓縮處理后的實測數(shù)據(jù)，通過分段自回歸模型的建立，使得用 于進行雜波幅度統(tǒng)計檢驗的數(shù)據(jù)樣本長度大大減少，從而在很大程度上降低了運算量，同 時結(jié)合高階累積量計算結(jié)果，最終實現(xiàn)了快速檢測多個距離單元上海雜波的幅度統(tǒng)計特性 分布。提供一種高頻雷達系統(tǒng)中海雜波幅度統(tǒng)計特性檢測方法，該方法能夠定量給出，在 一定置信概率條件下，多個探測距離單元上海雜波幅度統(tǒng)計特性與理論高斯分布的差異大 小，從而為后續(xù)雜波協(xié)方差矩陣估計、雜波抑制方法的選擇和目標檢測器的構(gòu)造提供參考。
[0013] 并且，本發(fā)明方法的一階海雜波提取算法有效性驗證如圖2-5所示，給出了對實 測數(shù)據(jù)某距離門回波信號的一階海雜波提取結(jié)果，可以看出，本文所提方法可以比較準確 的確定一階海雜波的實際分布范圍。和以往通過固定雜波多普勒區(qū)域確定一階海雜波分布 范圍方法相比，該方法具有很強的自適應(yīng)性，此外，通過對大量實測數(shù)據(jù)劃分結(jié)果來看，一 階海雜波即使發(fā)生譜峰分裂、平移等復(fù)雜現(xiàn)象，該方法依然有效。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明方法的流程圖；
[0015] 圖2為實測數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理后，某一個距離單元回波數(shù)據(jù)的多普勒譜；
[0016] 圖3為二次平滑處理后所確定的一階譜峰極值點分布范圍；
[0017] 圖4為譜峰劃分結(jié)果與實際一階海雜波分布范圍的比較；
[0018] 圖5基于SVD的一階海雜波提取算法有效性驗證；
[0019] 圖6為一階海雜波幅度統(tǒng)計特性檢驗方法流程圖；
[0020] 圖7為某一個波束單元上的實測海雜波回波數(shù)據(jù)距離多普勒圖；
[0021] 圖8為基于三階累積量的一階海雜波幅度統(tǒng)計特性多個距離單元檢驗結(jié)果；
[0022] 圖9高頻雷達系統(tǒng)數(shù)據(jù)預(yù)處理基本流程；
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0023] 一：
[0024] 本實施方式的高頻雷達海雜波幅度統(tǒng)計分布檢驗方法，結(jié)合圖1所示的流程圖， 所述高頻雷達海雜波幅度統(tǒng)計分布檢驗方法通過以下步驟實現(xiàn)：
[0025] 步驟一、對天線各陣元采集的回波數(shù)據(jù)進行距離方位處理，得到待檢測回波的三 維數(shù)據(jù)矩陣，完成回波數(shù)據(jù)預(yù)處理過程；
[0026] 步驟二、利用SVD法對待檢測海雜波主分量進行提取，并對提取出的海雜波主分 量進行分段自適應(yīng)回歸模型建模，得到模型階數(shù)與分段后數(shù)據(jù)長度；其中，所述SVD法為奇 異值分解方法；
[0027] 步驟三、利用步驟二計算得到的模型階數(shù)和分段數(shù)據(jù)，計算雜波主分量高階累積 量；其中，所述高階累積量包括三階累積量和四階累積量；
[0028] 步驟四、根據(jù)置信度水平設(shè)置檢驗門限；
[0029] 步驟五、結(jié)合步驟三的雜波主分量高階累積量計算結(jié)果計算檢驗統(tǒng)計量，并將檢 驗統(tǒng)計量與檢驗門限比較，從而確定回波數(shù)據(jù)的后續(xù)處理手段。
【具體實施方式】 [0030] 二：
[0031] 與【具體實施方式】一不同的是，本實施方式的高頻雷達海雜波幅度統(tǒng)計分布檢驗方 法，步驟二所述利用SVD法對待檢測海雜波主分量進行提取的過程為：
[0032] -般來說，海雜波分量包括一階海雜波分量、二階海雜波分量和高階海雜波分量， 其中一階海雜波分量占優(yōu)，且對艦船等慢速目標檢測影響最大，將一階海雜波分量確定為 待檢測海雜波主分量，根據(jù)這一特點，利用SVD法對待檢測海雜波主分量進行提取。
[0033] 步驟二一、針對步驟一經(jīng)過預(yù)處理后的回波數(shù)據(jù)z (η)且（l〈n〈N)，構(gòu)造一個C列、 N-C+1行的矩陣H(，H為Hankel矩陣）：
[0034]
(J)
[0035] 其中，N表示數(shù)據(jù)長度；C = 3r，r表示預(yù)處理后的回波數(shù)據(jù)z(n)中正弦信號的個 數(shù)，C的取值直接影響SVD法的計算量以及雜波提取的效果，通過熵譜分析的方法，C 一般選 擇為N/6,便可以保證較好的提取效果；
[0036] 步驟二二、對矩陣H進行SVD分解，得：
[0037] H = U · S · V (2)
[0038] 其中，U，V分別表示正交或酉矩陣，且滿足 ，C表示為復(fù) 數(shù)空間；S表示奇異值矩陣。
【具體實施方式】 [0039] 三：
[0040] 與【具體實施方式】一或二不同的是，本實施方式的高頻雷達海雜波幅度統(tǒng)計分布檢 驗方法，
[0041] 步驟二所述對提取出的海雜波主分量進行分段自適應(yīng)回歸模型建模，得到模型階 數(shù)與分段后數(shù)據(jù)長度的過程為，根據(jù)SVD分解原理，每一個奇異值對應(yīng)預(yù)處理后的回波數(shù) 據(jù)z (η)中的一個主分量回波信號，通過一階海雜波的多普勒分布范圍進行一階海雜波對 應(yīng)奇異值的判決和識別，在實際環(huán)境中，一階海雜波由于易受海態(tài)、雷達布局以及外界電磁 環(huán)境等因素的影響，譜峰將發(fā)生展寬、分裂、平移等復(fù)雜變化，為了準確判定待檢測海雜波 主分量多普勒分布范圍，我們擬進行如下步驟的處理：
[0042] 第一、對待檢測海雜波主分量進行FFT變換得到多普勒譜，并對得到的多普勒譜 進行3點平滑處理，即等效為低通濾波處理，以消除譜峰分裂、毛刺等現(xiàn)象的影響；
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