高频雷达海杂波幅度统计分布检验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高频雷达海杂波幅度统计分布检验方法。
【背景技术】
[0002] 高频（3-30MHZ)雷达工作在短波波段，利用垂直极化电磁波沿海表面绕射传播损 耗小的特点，探测距离不受地球曲率的限制，可以完成对于目标的超远距离探测。而海杂波 作为海洋回波谱的主要分量，构成了目标检测的主要杂波背景。理论上，岸基高频地波雷达 海杂波幅度服从高斯分布，而这一结论在本质上也决定了现有大多数杂波抑制算法的选择 和恒虚警检测器的设计。
[0003] 然而，随着近几十年高频雷达的快速发展，其传播模式（天波发射-地波接收，天 波发射-舰载平台接收）、布局方式（双/多基地）和工作模式（Mnro)都有了很大的变化， 海杂波幅度统计特性也将会不同程度地偏离理论分布。在实际工程中，我们需要及时获得 海杂波的统计特性分布，从而改变相应的信号处理手段。目前，为了得到复杂情况下海杂波 真实的幅度统计特性分布，主要的分析方法有两种：（1)通过理论建模的方法，将其他因素 的影响参数化表示在海杂波回波谱的解析式中，进而在理论上尽量能够描述实际探测环境 下海杂波回波的幅度特性；(2)直接根据雷达采样的实测回波数据进行统计检验。前一种 方法，虽然避免了录取实测数据对人力、物力的要求，但是该方法对理论建模要求较高，特 别在一些复杂情况下，很难得到准确的参数化表示结果，而且即便能够得到，最终得到的回 波信号也将是一个多参数高复合的表示形式，对于这样的一个形式从理论上定量分析其统 计分布，难度很大。对于后一种基于实测数据的方法，由于雷达在一个积累周期内所获得的 数据长度往往较大，实际对杂波进行统计检验时，所需要的运算复杂度较高。可即便如此， 该方法由于其主要利用实测数据，在本质上规避了对其它复杂扰动参数的分析，分析方法 更具灵活性和稳定性。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决现有的海杂波幅度统计特性分析方法存在理论建模要 求高，从理论上定量分析参数化结果的统计分布难度大的问题，而提出一种高频雷达海杂 波幅度统计分布检验方法。
[0005] -种高频雷达海杂波幅度统计分布检验方法，所述高频雷达海杂波幅度统计分布 检验方法通过以下步骤实现：
[0006] 步骤一、对天线各阵元采集的回波数据进行距离方位处理，得到待检测回波的三 维数据矩阵，完成回波数据预处理过程；
[0007] 步骤二、利用SVD法对待检测海杂波主分量进行提取，并对提取出的海杂波主分 量进行分段自适应回归模型建模，得到模型阶数与分段后数据长度；其中，所述SVD法为奇 异值分解方法；其中，所述SVD法为奇异值分解方法；
[0008] 步骤三、利用步骤二计算得到的模型阶数和分段数据，计算杂波主分量高阶累积 量；
[0009] 步骤四、根据置信度水平设置检验门限；
[0010] 步骤五、结合步骤三的杂波主分量高阶累积量计算结果计算检验统计量，并将检 验统计量与检验门限比较，从而确定回波数据的后续处理手段。
[0011] 本发明的有益效果为：
[0012] 本发明提供一种高频雷达系统中海杂波幅度统计特性检测方法，该方法能够定量 给出，在一定置信概率条件下，多个探测距离单元上海杂波幅度统计特性与理论高斯分布 的差异大小，从而为后续杂波协方差矩阵估计、杂波抑制方法的选择和目标检测器的构造 提供参考。主要针对经过距离压缩处理后的实测数据，通过分段自回归模型的建立，使得用 于进行杂波幅度统计检验的数据样本长度大大减少，从而在很大程度上降低了运算量，同 时结合高阶累积量计算结果，最终实现了快速检测多个距离单元上海杂波的幅度统计特性 分布。提供一种高频雷达系统中海杂波幅度统计特性检测方法，该方法能够定量给出，在 一定置信概率条件下，多个探测距离单元上海杂波幅度统计特性与理论高斯分布的差异大 小，从而为后续杂波协方差矩阵估计、杂波抑制方法的选择和目标检测器的构造提供参考。
[0013] 并且，本发明方法的一阶海杂波提取算法有效性验证如图2-5所示，给出了对实 测数据某距离门回波信号的一阶海杂波提取结果，可以看出，本文所提方法可以比较准确 的确定一阶海杂波的实际分布范围。和以往通过固定杂波多普勒区域确定一阶海杂波分布 范围方法相比，该方法具有很强的自适应性，此外，通过对大量实测数据划分结果来看，一 阶海杂波即使发生谱峰分裂、平移等复杂现象，该方法依然有效。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明方法的流程图；
[0015] 图2为实测数据经预处理后，某一个距离单元回波数据的多普勒谱；
[0016] 图3为二次平滑处理后所确定的一阶谱峰极值点分布范围；
[0017] 图4为谱峰划分结果与实际一阶海杂波分布范围的比较；
[0018] 图5基于SVD的一阶海杂波提取算法有效性验证；
[0019] 图6为一阶海杂波幅度统计特性检验方法流程图；
[0020] 图7为某一个波束单元上的实测海杂波回波数据距离多普勒图；
[0021] 图8为基于三阶累积量的一阶海杂波幅度统计特性多个距离单元检验结果；
[0022] 图9高频雷达系统数据预处理基本流程；
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0023] 一：
[0024] 本实施方式的高频雷达海杂波幅度统计分布检验方法，结合图1所示的流程图， 所述高频雷达海杂波幅度统计分布检验方法通过以下步骤实现：
[0025] 步骤一、对天线各阵元采集的回波数据进行距离方位处理，得到待检测回波的三 维数据矩阵，完成回波数据预处理过程；
[0026] 步骤二、利用SVD法对待检测海杂波主分量进行提取，并对提取出的海杂波主分 量进行分段自适应回归模型建模，得到模型阶数与分段后数据长度；其中，所述SVD法为奇 异值分解方法；
[0027] 步骤三、利用步骤二计算得到的模型阶数和分段数据，计算杂波主分量高阶累积 量；其中，所述高阶累积量包括三阶累积量和四阶累积量；
[0028] 步骤四、根据置信度水平设置检验门限；
[0029] 步骤五、结合步骤三的杂波主分量高阶累积量计算结果计算检验统计量，并将检 验统计量与检验门限比较，从而确定回波数据的后续处理手段。
【具体实施方式】 [0030] 二：
[0031] 与【具体实施方式】一不同的是，本实施方式的高频雷达海杂波幅度统计分布检验方 法，步骤二所述利用SVD法对待检测海杂波主分量进行提取的过程为：
[0032] -般来说，海杂波分量包括一阶海杂波分量、二阶海杂波分量和高阶海杂波分量， 其中一阶海杂波分量占优，且对舰船等慢速目标检测影响最大，将一阶海杂波分量确定为 待检测海杂波主分量，根据这一特点，利用SVD法对待检测海杂波主分量进行提取。
[0033] 步骤二一、针对步骤一经过预处理后的回波数据z (η)且（l〈n〈N)，构造一个C列、 N-C+1行的矩阵H(，H为Hankel矩阵）：
[0034]
(J)
[0035] 其中，N表示数据长度；C = 3r，r表示预处理后的回波数据z(n)中正弦信号的个 数，C的取值直接影响SVD法的计算量以及杂波提取的效果，通过熵谱分析的方法，C 一般选 择为N/6,便可以保证较好的提取效果；
[0036] 步骤二二、对矩阵H进行SVD分解，得：
[0037] H = U · S · V (2)
[0038] 其中，U，V分别表示正交或酉矩阵，且满足 ，C表示为复 数空间；S表示奇异值矩阵。
【具体实施方式】 [0039] 三：
[0040] 与【具体实施方式】一或二不同的是，本实施方式的高频雷达海杂波幅度统计分布检 验方法，
[0041] 步骤二所述对提取出的海杂波主分量进行分段自适应回归模型建模，得到模型阶 数与分段后数据长度的过程为，根据SVD分解原理，每一个奇异值对应预处理后的回波数 据z (η)中的一个主分量回波信号，通过一阶海杂波的多普勒分布范围进行一阶海杂波对 应奇异值的判决和识别，在实际环境中，一阶海杂波由于易受海态、雷达布局以及外界电磁 环境等因素的影响，谱峰将发生展宽、分裂、平移等复杂变化，为了准确判定待检测海杂波 主分量多普勒分布范围，我们拟进行如下步骤的处理：
[0042] 第一、对待检测海杂波主分量进行FFT变换得到多普勒谱，并对得到的多普勒谱 进行3点平滑处理，即等效为低通滤波处理，以消除谱峰分裂、毛刺等现象的影响；
[0