一种融合能量和变化率两种测量的船长估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达目标识别领域，涉及一种融合能量和变化率两种测量的船长估计 方法。
【背景技术】
[0002] 高分辨距离像（HRRP)是用宽带雷达信号获取的目标散射点复子回波在雷达射线 上投影的向量和，其特点是发出某一波长的高频信号，通过反射成像时间和位置，从而得出 高分辨率距离像，它提供了目标散射点沿距离方向的分布信息，具有目标重要的结构特 征，对目标识别与分类十分有价值。舰船的一维距离像反映出舰船主体结构分布，高峰一般 出现在船楼、桅杆、烟肉等较高处，峰堆之间的波谷也一定程度上反映出舰船主体结构之间 的相对位置。
[0003] 对于HRRP数据幅度敏感性问题，通常采取对原始高分辨距离像归一化来解决。海 上舰船作为一种移动目标，其回波是目标后向电磁散射和海杂波背景电磁散射的叠加，让 预处理后的HRRP数据经过滤波处理，可以有效减少杂波的干扰。传统的船长估计算法总有 一定的局限性，主要根据实际船长、投影船长、姿态角之间的几何关系，对HRRP数据进行单 阈值处理，通过确定目标区域所占据的距离单元数来计算船长，但这种算法并没有验证其 估测的精度。还有一种基于尾迹特征的SAR图像舰船长度估计方法，先提取波高谱，再根据 波高谱和波幅函数之间的关系计算波幅函数，最后根据波幅函数曲线的周期特性估计舰船 长度，这种算法忽略了实际环境中合成孔径雷达图像存在大量的噪声和杂波干扰，因此不 能保证算法的鲁棒性，而且SAR与高分辨距离像的机理不同，导致其应用起来有困难。
[0004] 数字滤波器根据冲激响应的不同，可分为有限冲激响应（FIR)滤波器和无限冲激 响应（IIR)滤波器；从滤波特性上分类，则有低通、高通、带通、带阻几种类型。IIR滤波器 采用递归性结构，引入反馈环节，通常由延时、乘以系数、相加等基本运算组合成直接型、正 准型、级联型、并联型四种结构形式。切比雪夫滤波器是一种在通带或阻带上频率响应幅度 等纹波动的滤波器。振幅特性在通带内是等波纹、在阻带内是单调的称为切比雪夫I型滤 波器；振幅特性在通带内是单调的、在阻带内是等波纹的称为切比雪夫II型滤波器。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种可行性高、准确率高的融合能量和变化率两种测量的船长估计 方法。
[0006] 本发明采用的技术方案是：
[0007] -种融合能量和变化率两种测量的船长估计方法，其具体步骤如下：
[0008] (1)通过高分辨雷达获取目标舰船的高分辨距离像HRRP，并对取得的HRRP数据进 行归一化预处理，设Dji = 1，2，...，m m是数据长度）表示原始HRRP中的每个数据，则归 一化后的HRRP数据D' 1可用公式（1)计算：
[0010] 式（1)中，max函数表示取{}内所有数值的最大者，min函数表示取{}内部数值 的最小者；
[0011] (2)将归一化预处理后的HRRP数据进行低通滤波处理，输出结果为Ai(i = 1，2, · · ·，m);
[0012] (3)对~(1 = l，2，...，m)中每个点求微分，找出所有可能的端点位置，所有待 测起点的位置用民(」=1，2，一，111，111是!1]长度）表示，所有待测终点的位置用1 14& = 1，2,…，n2, n2是I k长度）表不；
[0013] (4)设定待测的起点和终点检测时能量比的双门限，分别用TdP T彥示；并初始 化待检测信号窗的大小W，初始化低通滤波器延迟大小D ;
[0014] (5)检测端点，从HRRP波形图的两端向内逼近，在H,中从前往后搜索起点，在I冲 从后向前搜索终点，并将能量定义为4的一个窗内所有点的幅值的绝对值之和，在HRRP波 形图中，船头（或船尾）处船身一侧的幅值比船身以外的幅值明显更大，因而能量更高，逐 个比较待测点两侧能量的比值与门限的大小，直至找出船头和船尾在Ai中的相对位置，用 ?3表示起点位置，P <3表示终点位置；
[0015] (6)求取舰船长度，设船长为Len，则Len = Pe-Ps。
[0016] 进一步，步骤（2)中的低通滤波器采用切比雪夫I型的IIR低通滤波器，其差分方 程可用式（2)表示：
[0018] 式（2)中，x(n)是输入信号，y (η)是输出信号，如和b ,为滤波器系数；并设置低 通滤波器的阶数、截止频率、通带纹波、采样率。
[0019] 进一步，步骤（3)中端点位置的确定步骤包括：
[0020] 1)由于相邻数据间的步长为1，求微分等同于差分化，即：
[0021] Λ Ai= A i+1-Ai 其中 i = 1，2,…，m-1 (3)
[0022] 2)再对Λ Ai归一化处理，使：
[0024] 3)设定两个临界值gJP g 2, ％为Λ A' i中所有大于g屈点，即>沿；一为 ΛΑ\中所有小于g2的点，SP <g2。
[0025] 进一步，步骤（5)中起点匕的检测步骤如下：
[0026] A、初始化起点，令Ps= H1+fD，式中j = 0, 1，2, . . .，h，检测前先令j = 0,令1 = W，即最多检测W次；
[0027] B、计算能量值，根据定义，待测起点右侧的能量用式（5)计算：
[0029] 式（5)中，!11是4总长度，引入min函数是为了当右侧数据量少于一个窗时，取到 最后一个点为止，下同；待测起点左侧的能量用式（6)计算：
[0031] 式（6)中，v= 1，即~中第一个点所在位置，引入max函数是为了当左侧数据量 少于一个窗时，从第一个点开始取，下同；
[0032] C、门限判决，将步骤B计算出的能量值之比Esl/Es。与设定的T s比较，当E s1/EsQ>Ts则退出循环，确定起点位置；否则，令j = j+1并返回步骤A。
[0033] 进一步，步骤（5)中终点匕的检测步骤如下：
[0034] a、初始化终点，令4 =Λ,2ι -￡> ,式中k = 0, 1，2, . . .，12，检测前先令k = 0,令12=W ；
[0035] b、计算能量值，采用式（7)计算待测终点右侧的能量值：
[0037] 采用式⑶计算待测终点左侧的能量值：
[0039] c、门限判决，将步骤b计算出的能量值之比Eel/U。与设定?\比较，当E el/UQ>TJ1J 退出循环，确定终点位置；否则，令k = k+1并返回步骤a。
[0040] 本发明首先需要将HRRP数据进行归一化，以消除幅度敏感性的影响；将归一化后 的HRRP数据进行低通滤波处理，可在一定程度上降低海杂波等噪声的干扰，从而提取到对 舰船长度估计有用的信息；HRRP数据波形图中，端点（对应船头和船尾）处的曲线走势通 常较"陡"，即斜率的绝对值较大，对低通滤波结果4中每个点求微分，找出所有可能的端点 位置；然后通过对各确定端点位置的能量比与预设能量比的比较来确定起点位置和终点位 置，最后求起点位置和终点位置差值得到舰船长度，得到的结果准确率高，具有较高的可行 性。
[0041] 本发明的有益效果：结果准确率高，具有较高的可行性。
【附图说明】
[0042] 图1是本发明的流程示意图。
[0043] 图2是本发明的低通滤波器的幅值与相位曲线图。
[0044] 图3是某目标舰船的HRRP数据滤波前和滤波后的波形图。
【具体实施方式】
[0045] 下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具 体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的 所有备选方案、改进方案和等效方案。
[0046] 参照图1，一种融合能量和变化率两种测量的船长估计方法，其具体步骤如下：
[0047] (1)通过高分辨雷达获取目标舰船的高分辨距离像HRRP，并对取得的HRRP数据进 行归一化预处理，设Dji = l，2，...，m m是数据长度）表示原始HRRP中的每个数据，则归 一化后的HRRP数据D' 1可用公式（1)计算：
[0049] 式（1)中，max函数表示取{}内所有数值的最大者，min函数表示取{}内部数值 的最小者；
[0050] (2)将归一化预处理后的HRRP数据进行低通滤波处理，输出结果为A = 1，2, · · ·，m);
[0051] (3)对~(1 = l，2，...，m)中每个点求微分，找出所有可能的端点位置，所有待 测起点的位置用民(」=1，2，一，111，111是!1]长度）表示，所有待测终点的位置用1 14& = 1，2,…，n2, n2是I k长度）表不；
[0052] (4)设定待测的起点和终点检测时能量比的双门限，分别用T，T彥示，并令T s= !；= 2 ;并初始化待检测信号窗的大小W = 50,对待检测信号进行定长截取，来计算这个 窗内的能量；初始化低通滤波器延迟大小D = 0 ;
[0053] (5)检测端点，从HRRP波形图的两端向内逼近，在H,中从前往后搜索起点，在I冲 从后向前搜索终点，并将能量定义为4的一个窗内所有点的幅值的绝对值之和，在HRRP波 形图中，船头（或船尾）处船身一侧的幅值比船身以外的幅值明显更大，因而能量更高，逐 个比较待测点