一種基于ar譜分形的海面微弱雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于AR譜分形的海面微弱雷 達(dá)目標(biāo)檢測(cè)方法，即一種基于自回歸（AR)譜分形的海面微弱雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)方法適用于岸 基警戒雷達(dá)或?qū)Ｋ阉骼走_(dá)通過(guò)分析海雜波AR譜的分形特性，實(shí)現(xiàn)低信雜比情況下的較 好檢測(cè)性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 海雜波是雷達(dá)發(fā)射的脈沖照射海面時(shí)得到的后向散射回波，對(duì)該海雜波進(jìn)行特性 分析和建模仿真有助于設(shè)計(jì)有效的雷達(dá)檢測(cè)方案和評(píng)價(jià)雷達(dá)的檢測(cè)性能；并且在海雜波背 景下，對(duì)檢測(cè)雷達(dá)目標(biāo)的主要干擾來(lái)自于海雜波的能量，當(dāng)雷達(dá)目標(biāo)的信雜比（SCR)，即雷 達(dá)目標(biāo)的功率相對(duì)于海雜波的功率很低時(shí)，檢測(cè)到的雷達(dá)目標(biāo)為微弱雷達(dá)目標(biāo)。傳統(tǒng)方法 主要集中于研究海雜波的統(tǒng)計(jì)特性，并建立該海雜波的統(tǒng)計(jì)分布模型。然而，該海雜波的統(tǒng) 計(jì)分布模型將海雜波視為某一隨機(jī)過(guò)程的樣本函數(shù)，使得得到的該海雜波的統(tǒng)計(jì)分布模型 很大程度上并非因?yàn)楹ｋs波的物理本質(zhì)，而是出于看似隨機(jī)的波形。實(shí)際上，在高分辨率雷 達(dá)和低掠射角情況下測(cè)量海雜波，能夠獲知非高斯、非平穩(wěn)和非線性三種特性，經(jīng)典雷達(dá)目 標(biāo)檢測(cè)所假設(shè)的獨(dú)立、線性和平穩(wěn)特性均不符合真實(shí)情況，使得基于這些假設(shè)而采用的經(jīng) 典雷達(dá)目標(biāo)最佳檢測(cè)策略不可避免地導(dǎo)致該經(jīng)典雷達(dá)目標(biāo)的檢測(cè)性能下降。其次，分形理 論作為非線性動(dòng)力學(xué)的重要分支，它的發(fā)展不僅為數(shù)學(xué)和物理提供了全新的觀察視角和觀 察深度，也為海雜波的統(tǒng)計(jì)分布模型的建立、分析和目標(biāo)檢測(cè)方法提供了新的動(dòng)力和方向。
[0003] 分形理論在雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，Lo等人在"Fractal characterisation of sea-scattered signals and detection of sea-surface targets，IEE Proc. -F，Vol. 140, No. 4, 1993"中提出了基于海雜波時(shí)域單一分形維數(shù)的目 標(biāo)檢測(cè)方法，但該方法在信雜低的情況下檢測(cè)性能比較差。
[0004] Guan 等人在"Fractal characteristic in frequency domain for target detection within sea clutter, IET Radar, Sonar&Navigation, Vol. 6, No. 5, pp. 2012'，中 提出了一種基于海雜波頻域Hurst指數(shù)的目標(biāo)檢測(cè)方法，但該方法使用的傅里葉分析隱含 地采用了一個(gè)看似很自然的假設(shè)，即序列中除了能得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)外，序列的其他值均被 認(rèn)為是零，但序列或該序列的自相關(guān)函數(shù)中未能觀測(cè)或未能估計(jì)出來(lái)的值，實(shí)際上并不全 是零，并且該方法通過(guò)傅里葉分析得到的頻譜分辨率較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于AR譜分形的海 面微弱雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)方法，該方法采用AR譜估計(jì)法來(lái)計(jì)算海雜波的功率譜，能夠提高分形 特征參數(shù)估計(jì)的準(zhǔn)確性，以及海雜波背景下微弱雷達(dá)目標(biāo)的檢測(cè)性能。
[0006] 為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0007] -種基于AR譜分形的海面微弱雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0008] 步驟1，設(shè)定海雜波回波時(shí)間序列為X，并采用Yule-walker方程法估計(jì)海雜波AR 譜S (f)，進(jìn)而得到海雜波AR譜序列S ;
[0009] 步驟2,根據(jù)海雜波AR譜序列S，計(jì)算得到海雜波AR譜優(yōu)化序列s，進(jìn)而得到海雜 波AR譜優(yōu)化序列s的前η個(gè)時(shí)刻的部分和序列y (η);其中，η < N，N表示海雜波的AR譜序 列S的總長(zhǎng)度，N也表示設(shè)定的海雜波回波時(shí)間序列X的總長(zhǎng)度；
[0010] 步驟3,設(shè)定海雜波的AR譜優(yōu)化序列s的前η個(gè)時(shí)刻的部分和序列y (η)的抽取 間隔總個(gè)數(shù)為Μ，并計(jì)算第m個(gè)抽取間隔對(duì)應(yīng)的海雜波AR譜優(yōu)化序列s的前m+n個(gè)時(shí)刻的 部分和序列y(n+m)的AR譜Hurst指數(shù)；其中，m e {1，2, "·，Μ}，M表示設(shè)定的海雜波的AR 譜優(yōu)化序列s的前η個(gè)時(shí)刻的部分和序列y (η)的抽取間隔總個(gè)數(shù)；
[0011] 步驟4,根據(jù)第m個(gè)抽取間隔對(duì)應(yīng)的海雜波AR譜優(yōu)化序列s的前m+n個(gè)時(shí)刻的部 分和序列y (n+m)的AR譜Hurst指數(shù)，計(jì)算得到M個(gè)抽取間隔各自對(duì)應(yīng)的M個(gè)海雜波AR譜 優(yōu)化序列s的AR譜Hurst指數(shù)tf AR~H %，并據(jù)此設(shè)計(jì)恒虛警檢測(cè)器，設(shè)定虛警率，根據(jù)廣 義符號(hào)檢驗(yàn)法完成雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)。
[0012] 本發(fā)明的有益效果：
[0013] 第一，本發(fā)明利用海雜波非高斯、非平穩(wěn)或非線性特性分析海雜波AR譜分形特 性，并應(yīng)用AR譜的Hurst指數(shù)進(jìn)行雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)，能夠克服傳統(tǒng)雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)方法因海雜 波模型失配而引起檢測(cè)性能下降的缺點(diǎn)。
[0014] 第二，本發(fā)明改善了頻域分形特性的不足，采用較高分辨率的AR譜提取更加準(zhǔn)確 的分形參數(shù)，能夠提高海雜波背景下微弱雷達(dá)目標(biāo)的檢測(cè)性能，并且在低信雜比條件下，依 然具有較高較穩(wěn)定的檢測(cè)概率。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0016] 圖1為本發(fā)明的一種基于AR譜分形的海面微弱雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)方法的算法實(shí)現(xiàn)流 程圖；
[0017] 圖2 (a)為使用本發(fā)明方法得到的HH極化的海雜波AR譜分形特性的判定結(jié)果示 意圖；
[0018] 圖2 (b)為使用本發(fā)明方法得到的VV極化的海雜波AR譜分形特性的判定結(jié)果示 意圖；
[0019] 圖3 (a)為使用本發(fā)明方法得到的不同序列長(zhǎng)度下HH極化的海雜波AR譜Hurst 指數(shù)處理結(jié)果示意圖；
[0020] 圖3 (b)為使用本發(fā)明方法得到的不同序列長(zhǎng)度下VV極化的海雜波AR譜Hurst 指數(shù)處理結(jié)果示意圖；
[0021] 圖4(a)為使用本發(fā)明方法得到的不同AR階數(shù)條件下的HH極化的海雜波AR譜 Hurst指數(shù)處理結(jié)果示意圖；
[0022] 圖4(b)為使用本發(fā)明方法得到的不同AR階數(shù)條件下的VV極化的海雜波AR譜 Hurst指數(shù)處理結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 參照?qǐng)DI，為本發(fā)明的一種基于AR譜分形的海面微弱雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)方法的算法實(shí) 現(xiàn)流程圖，該種基于AR譜分形的海面微弱雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)方法，包括以下步驟：
[0024] 步驟1，設(shè)定海雜波回波時(shí)間序列為X，并采用Yule-walker方程法估計(jì)海雜波AR 譜S (f)，進(jìn)而得到海雜波AR譜序列S。
[0025] 具體地，設(shè)定的海雜波回波時(shí)間序列X的表達(dá)式為：
[0026] X = (X1, i = 1,2,3, -N}
[0027] 其中，X1表示第i時(shí)刻的海雜波回波時(shí)間序列數(shù)值，N表示設(shè)定的海雜波回波時(shí)間 序列X的總長(zhǎng)度。
[0028] 根據(jù)設(shè)定的海雜波回波時(shí)間序列X，得到所述海雜波回波時(shí)間序列X的自相關(guān)函 數(shù)，并利用所述海雜波回波時(shí)間序列X的自相關(guān)函數(shù)構(gòu)造 Yule-walker方程，進(jìn)而得到海雜 波AR譜S (f)，其表達(dá)式為：
[0030] 其中，ak表示第k個(gè)海雜波的AR譜S(f)的系數(shù)，C表示噪聲功率，ke {1，2,… ，p}，P表示海雜波的AR譜S (f)的階數(shù)，f表示海雜波的AR譜S (f)的頻率。
[0031 ] 海雜波AR譜序列S的表達(dá)式為：
[0032] S = (S1, i = 1,2,3, -N}
[0033] 其中，S1表示第i時(shí)刻的海雜波AR譜序列數(shù)值，N表示海雜波的AR譜序列S的總 長(zhǎng)度，N也表示設(shè)定的海雜波回波時(shí)間序列X的總長(zhǎng)度。
[0034] 海雜波AR譜S (f)和海雜波AR譜序列S具有對(duì)應(yīng)關(guān)系，即第i時(shí)刻海雜波AR譜 的頻率對(duì)應(yīng)第i時(shí)刻海雜波AR譜序列的數(shù)值。
[0035] 步驟2,根據(jù)海雜波AR譜序列S，計(jì)算得到海雜波AR譜優(yōu)化序列s，進(jìn)而得到海雜 波AR譜優(yōu)化序列s的前η個(gè)時(shí)刻的部分和序列y (η);其中，η < N，N表示海雜波的AR譜序 列S的總長(zhǎng)度，N也表示設(shè)定的海雜波回波時(shí)間序列X的總長(zhǎng)度。
[0036] 2a)將步驟1中得到的海雜波AR譜序列S，減去所述海雜波AR譜序列S的均值 μ，得到海雜波AR譜優(yōu)化序列s。