海雜波背景下基于預(yù)白化比率均值檢測器的目標(biāo)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種海雜波背景下基于預(yù)白化比率 均值檢測器的目標(biāo)檢測方法，可用于海雜波背景下的目標(biāo)檢測。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)高分辨率雷達(dá)工作在小擦地角的情況下，海雜波呈現(xiàn)出較強(qiáng)的非高斯特性，可 以利用復(fù)合高斯模型來模擬海雜波。根據(jù)海雜波復(fù)合高斯模型，海雜波被描述為散斑分量 和紋理分量的乘積。散斑分量滿足零均值復(fù)高斯過程，與快變的 Bragg散射相關(guān);紋理分量 為非負(fù)隨機(jī)過程，與雷達(dá)照射海面慢變的紋理信息相關(guān)，相干時間大約為100ms。早在上世 紀(jì)40年代，恒虛警技術(shù)就已經(jīng)是雷達(dá)信號處理領(lǐng)域里的重要研究內(nèi)容。目前，國際上已有相 對成熟的整套的CFAR檢測理論和方法。文獻(xiàn)"胡文琳.機(jī)載雷達(dá)恒虛警率檢測算法研究[D]. 西安:西安電子科技大學(xué)，2007."中介紹的比率均值檢測器，利用參考單元的采樣值取平均 的方法來估計(jì)背景雜波的功率水平。該方法的使用有兩個重要的前提假設(shè):檢測單元雜波 的統(tǒng)計(jì)特性與參考單元的統(tǒng)計(jì)特性相同；檢測單元與參考單元之間是相互獨(dú)立的。但在實(shí) 際環(huán)境中，由于雷達(dá)接收到的回波信號存在較強(qiáng)的相關(guān)性，第二個前提假設(shè)無法滿足，導(dǎo)致 比率均值檢測方法的性能嚴(yán)重下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種海雜波背景下基于預(yù)白化 比率均值檢測器的目標(biāo)檢測方法，以提高在海雜波背景下的檢測性能。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下：
[0005] (1)利用雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)射脈沖信號，雷達(dá)接收機(jī)接收經(jīng)過海面散射形成的回波數(shù) 據(jù)，構(gòu)建回波數(shù)據(jù)中檢測單元的觀測向量z和參考單元的觀測向量Zk為：
[0006]
[0007]其中，Ho表示僅有雜波不存在目標(biāo)的假設(shè)，Hi表示有雜波且存在目標(biāo)的假設(shè)，c表示 檢測單元的海雜波向量，Ck表示參考單元的海雜波向量，S表示目標(biāo)回波信號，P表示參考單 元數(shù)目；
[0008] (2)利用最大似然估計(jì)方法，得到回波數(shù)據(jù)中檢測單元的觀測向量z和參考單元的 觀測向量zk的歸一化樣本協(xié)方差矩陣的估計(jì)值:?Ακα?;
[0009] (3)利用歸一化樣本協(xié)方差矩陣的估計(jì)值分別對回波數(shù)據(jù)中檢測單元的觀 測向量Ζ和參考單元的觀測向量Zk進(jìn)行白化，得到白化后的檢測單元的觀測向量2和白化后 的參考單元的觀測向量
[0010]
[0011] (4)假設(shè)有雜波且存在目標(biāo)，計(jì)算白化后檢測單元的觀測向量2的平均功率e和白 化后參考單元的觀測向量的平均功率a，根據(jù)該平均功率6和改，計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量ξ:
[0012]
[0013]其中，F(xiàn) = 士[￡；々表示Ρ個參考單元的觀測向量的平均功率； ^ k=X
[0014] (5)設(shè)置虛警概率Pf a，計(jì)算相應(yīng)的檢測門限T;
[0015] (6)將檢測統(tǒng)計(jì)量ξ與檢測門限T進(jìn)行比較，判斷檢測單元中目標(biāo)是否存在:如果ξ 2 Τ，說明檢測單元有目標(biāo)，如果ξ<Τ，說明沒有目標(biāo)。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 1)由于本發(fā)明針對海雜波的相關(guān)性，采用白化方法在檢測前對海雜波進(jìn)行白化， 提高了后續(xù)檢測器的檢測性能。
[0018] 2)由于本發(fā)明利用雜波數(shù)據(jù)實(shí)時更新海雜波歸一化樣本協(xié)方差矩陣，能夠自適應(yīng) 的與檢測環(huán)境中的雜波特性相匹配，可以獲得更好的檢測性能。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0020] 圖2為用本發(fā)明和現(xiàn)有比率均值檢測器得到的仿真數(shù)據(jù)的目標(biāo)檢測概率在不同信 雜比下的對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0022] 參照圖1，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0023] 步驟1，構(gòu)建回波數(shù)據(jù)中檢測單元的觀測向量ζ和參考單元的觀測向量zk。
[0024] 雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)射脈沖信號，雷達(dá)接收機(jī)接收經(jīng)過海面散射形成的回波數(shù)據(jù)，該回 波數(shù)據(jù)是包括距離維、波位維和脈沖維的三維數(shù)據(jù)，每個距離維和波位維構(gòu)成一個分辨單 元；
[0025] 在回波數(shù)據(jù)中任意選取一個分辨單元作為檢測單元，并在檢測單元周圍選取P個 分辨單元作為參考單元；
[0026] 構(gòu)建回波數(shù)據(jù)中檢測單元的觀測向量ζ和參考單元的觀測向量Zk:
[0027] 當(dāng)檢測單元僅有雜波不存在目標(biāo)時，z = c，zk = ck,
[0028] 當(dāng)檢測單元有雜波且存在目標(biāo)時，z = s+c，zk = ck，即：
[0029]
[0030]其中，Ho表示僅有雜波不存在目標(biāo)的假設(shè)，出表示有雜波且存在目標(biāo)的假設(shè)，c表示 檢測單元的海雜波向量，ck表示參考單元的海雜波向量，s表示目標(biāo)回波信號，P表示參考單 元數(shù)目。
[0031]步驟2,利用最大似然估計(jì)方法，得到回波數(shù)據(jù)中檢測單元的觀測向量ζ和參考單 元的觀測向量Zk的歸一化樣本協(xié)方差矩陣的估計(jì)值Mwa/。
[0032] (2.1)假設(shè)有雜波且存在目標(biāo)，將回波數(shù)據(jù)中檢測單元的觀測向量z和參考單元的 觀測向量zk分別進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化的檢測單元的觀測向量i和功率歸一化的參 考單元的觀測向量
[0033]
[0034]其中，P>2N，N為積累脈沖數(shù)；
[0035] (2.2)根據(jù)上述％.，計(jì)算P個功率歸一化參考單元的協(xié)方差矩陣M:
[0036]
[0037]其中，（·）H為取共輒轉(zhuǎn)置，Μ的維數(shù)為NXN;
[0038] (2.3)根據(jù)上述協(xié)方差矩陣Μ，計(jì)算:念和4的聯(lián)合概率密度函數(shù)
[0039]
[0040] (2.4)將聯(lián)合概率密度函數(shù)/(H)取自然對數(shù)，得到對數(shù)似然函數(shù)
[0041]
[0042] (2.5)將對數(shù)似然函數(shù)對Μ求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)為零，得到樣本協(xié)方差矩陣的估 計(jì)值命
[0043]
[0044] (2.6)將(2.1)中的i和％代入上述樣本協(xié)方差矩陣的估計(jì)值愈^#，得到歸一化 樣本協(xié)方差矩陣的估計(jì)值Mw:w :
[0045]
[0046] 步驟3，計(jì)算白化后的檢測單元的觀測向量i:和白化后的參考單元的觀測向量I。
[0047] 由于回波數(shù)據(jù)中檢測單元和參考單元之間以及參考單元和參考單元之間具有相 關(guān)性，需要采用白化方法在檢測前對檢測單元和參考單元進(jìn)行白化，即利用歸一化樣本協(xié) 方差矩陣的估計(jì)值MAScai，對回波數(shù)據(jù)中檢測單元的觀測向量z和回波數(shù)據(jù)中參考單元的 觀測向量Zk分別進(jìn)行白化；
[0048] 對檢測單元的觀測向量z進(jìn)行白化，得到白化后的觀測向量:i
[0049]
[0050] 對參考單元的觀測向量Zk進(jìn)行白化，得到白化后的觀測向量％
[0051]
[0052]步驟4,計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量ξ。
[0053] (4.1)假設(shè)有雜波且存在目標(biāo)，計(jì)算白化后的檢測單元的觀測向量的平均功率e:
[0054]
[0055] (4.2)假設(shè)有雜波且存在目標(biāo)，計(jì)算白化后的參考單元的觀測向量&的平均功率 6k ：
[0056]
i：V
[0057] (4.3)計(jì)算P個參考單元的觀測向量的平均功率？：
[0058