一种基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法、设备及存储介质

本发明涉及雷达目标检测，具体涉及一种基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法、设备及存储介质。

背景技术：

1、雷达作为目标探测和监视的主要手段，在地面、空中和海面目标监视以及预警探测等公共和国防安全领域具有广泛应用。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。雷达杂波，是指除感兴趣的目标以外的其它物体的雷达散射回波，它会干扰雷达的正常工作。杂波是雷达信号检测和处理的固有环境，在杂波背景下进行信号处理是雷达的基本任务之一，雷达杂波的组成主要有：地面覆盖物、海面、云层、迁移的鸟群等物体对雷达发射信号所形成的反射、散射波。复杂环境下机载雷达杂波强度大、分布广，并且杂波谱常常接近于目标，这些因素增大了雷达杂波处理的难度，使得检测目标极易淹没在强杂波中从而导致微弱目标的检测性能严重下降。

2、为了解决上述问题，常规的处理方法集中在欧氏空间采用线性的表征及度量方式，但难以充分挖掘数据间的内蕴信息并且其依赖于杂波的统计特性或先验信息，当杂波统计模型与实际分布失配或先验信息不准确时检测性能会显著下降。

3、针对上述相关技术，申请人认为相关技术在检测微弱目标过程中对强杂波的处理方式仍然存在不足，相关技术对强杂波的处理效果不稳定，导致检测微弱目标的检测性能不稳定，进而导致相关技术在检测微弱目标时仍容易发生微弱目标被强杂波淹没的问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法，以解决雷达检测过程中低信杂比情况下感兴趣的微弱目标极易被强杂波淹没的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法，包括以下步骤：

4、s1：将雷达回波划分为多个距离单元回波信号，将每个所述距离单元回波信号的一维序列数据均扩充为二维矩阵，由所有所述二维矩阵获得所有距离单元回波信号的时频图；

5、s2：通过所有所述距离单元回波信号的时频图构成集合，所述集合通过定义几何度量构建时频分布流形，所述时频分布流形含有多个元素，每个所述距离单元回波信号的时频图均与时频分布流形上的一个元素相对应；

6、s3：提取所述时频分布流形上的元素的纹理信息，由纹理信息构建检测统计量，通过检测器完成微弱目标检测。

7、进一步地，步骤s1中，设所有所述距离单元回波信号中待检测单元回波信号为xd，将与所述待检测单元回波信号邻近的k个距离单元回波信号作为k个参考单元回波信号，所述参考单元回波信号为xk，k＝1,…,k，xk为第k个所述参考单元回波信号，设所述参考单元回波信号的数据长度为p，则第k个所述参考单元回波信号的一维序列数据为xk＝[x1,x2,…,xp]；

8、设嵌入的维数为m，时间延迟为l，则所述参考单元回波信号xk的一维序列数据经相空间重构技术扩充后得到的二维矩阵可表示为：

9、其中，n＝p-(m-1)l；对所有所述参考单元回波信号的二维矩阵进行计算并获得对应的时频图。

10、进一步地，步骤s2中，所有所述距离单元回波信号的时频图构成集合{dx}，由集合{dx}中所有的时频图构建时频分布流形，采用几何均值计算所述时频分布流形上的所有距离单元回波信号的几何质心，可得二元假设检验：其中，h0表示无目标h0假设，h1表示有目标h1假设，c为所述待检测单元回波信号的杂波，n为所述待检测单元回波信号的噪声，s为目标回波信号，ck为第k个所述参考单元回波信号的杂波，nk为第k个所述参考单元回波信号的噪声。

11、进一步地，步骤s2中，在所述时频分布流形上以散度作为几何距离度量方式求解所有参考单元回波信号对应到矩阵流形上k个元素的几何质心，从而获取所述待检测单元回波信号的杂波背景估计值。

12、进一步地，步骤s3中，以灰度共生矩阵作为纹理分量进一步增强目标信号与杂波信号之间的差异，同时将散度作为所述时频分布流形上的几何距离度量方式求解时频分布流形上所有元素的几何质心。

13、进一步地，步骤s1中，所述时频图通过时频分析工具对二维矩阵分析得到，计算所有参考单元回波信号的时频图的方法包括短时傅里叶变换、wigner-ville分布以及pwvd分布方法。

14、进一步地，步骤s2中，所有所述时频图构成集合{dx}，定义几何度量时，所述集合可构建时频分布流形为其中，为信号空间，几何度量为其中，d(d1,d2)表示时频图d1与时频图d2之间的几何度量，(·)+表示伪逆，|·|表示矩阵的行列式。

15、进一步地，通过计算灰度共生矩阵作为所述时频图的纹理信息，其计算方式为

16、其中，dx表示q×n的所述时频图，每个所述时频图的灰度为ng，则灰度共生矩阵维数为ng×ng，δ表示相邻两个所述时频图之间的几何距离；

17、通过提取出的纹理信息构建检测统计量得待检测单元回波信号的纹理信息矩阵与参考单元回波信号中杂波的纹理信息矩阵均值之间的几何度量：其中，rcut表示所述待检测单元回波信号的纹理信息矩阵，表示参考单元回波信号中杂波的纹理信息矩阵的均值，η为检测门限；

18、设所述参考单元回波信号纹理信息矩阵为{r1,r2,…,rk}，rk为第k个参考单元回波信号的纹理信息矩阵，此时，所有所述参考单元回波信号中杂波的纹理信息矩阵的均值可以由最小值确定，ri为第i个参考单元回波信号的纹理信息矩阵，r表示待求均值矩阵，由迭代计算可得到参考单元回波信号中杂波纹理信息矩阵的估计值。

19、本发明还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法的步骤。

20、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有处理器可执行的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现所述的基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法的步骤。

21、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

22、1、本方案充分挖掘和利用了数据的内在分布规律，通过构建时频分布流形，并对时频分布流形中的时频图元素的纹理特征进行提取，将目标检测判决问题换成时频分布流形上对象间的几何距离“长短”来判决。本发明所提出的方法可有效增强目标特征，显著改善微弱目标被强杂波淹没问题，提升微弱目标的检测性能。

技术特征：

1.一种基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法，其特征在于：步骤s1中，设所有所述距离单元回波信号中待检测单元回波信号为xd，将与所述待检测单元回波信号邻近的k个距离单元回波信号作为k个参考单元回波信号，所述参考单元回波信号为xk，k＝1,…,k，xk为第k个所述参考单元回波信号，设所述参考单元回波信号的数据长度为p，则第k个所述参考单元回波信号的一维序列数据为xk＝[x1,x2,…,xp]；

3.根据权利要求1所述的一种基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法，其特征在于：步骤s2中，所有所述距离单元回波信号的时频图构成集合{dx}，由集合{dx}中所有的时频图构建时频分布流形，采用几何均值计算所述时频分布流形上的所有距离单元回波信号的几何质心，可得二元假设检验：其中，h0表示无目标h0假设，h1表示有目标h1假设，c为所述待检测单元回波信号的杂波，n为所述待检测单元回波信号的噪声，s为目标回波信号，ck为第k个所述参考单元回波信号的杂波，nk为第k个所述参考单元回波信号的噪声。

4.根据权利要求3所述的一种基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法，其特征在于：步骤s2中，在所述时频分布流形上以散度作为几何距离度量方式求解所有参考单元回波信号对应到矩阵流形上k个元素的几何质心，从而获取所述待检测单元回波信号的杂波背景估计值。

5.根据权利要求4所述的一种基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法，其特征在于：步骤s3中，以灰度共生矩阵作为纹理分量进一步增强目标信号与杂波信号之间的差异，同时将散度作为所述时频分布流形上的几何距离度量方式求解时频分布流形上所有元素的几何质心。

6.根据权利要求1所述的一种基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法，其特征在于：步骤s1中，所述时频图通过时频分析工具对二维矩阵分析得到，计算所有参考单元回波信号的时频图的方法包括短时傅里叶变换、wigner-ville分布以及pwvd分布方法。

7.根据权利要求1所述的一种基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法，其特征在于：步骤s2中，所有所述时频图构成集合{dx}，定义几何度量时，所述集合可构建时频分布流形为其中，为信号空间，几何度量为其中，表示时频图d1与时频图d2之间的几何度量，(·)+表示伪逆，|·|表示矩阵的行列式。

8.根据权利要求5所述的一种基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法，其特征在于：通过计算灰度共生矩阵作为所述时频图的纹理信息，其计算方式为其中，dx表示q×n的所述时频图，ng-1，每个所述时频图的灰度为ng，则灰度共生矩阵维数为ng×ng，δ表示相邻两个所述时频图之间的几何距离；

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-8任意一项所述的基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有处理器可执行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时用于实现权利要求1-8任意一项所述的基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法。

技术总结
本发明涉及雷达目标检测技术领域，具体涉及一种基于时频分布流形中纹理信息的微弱目标检测方法，包括以下步骤：S1：将雷达回波划分为多个距离单元，将每个所述距离单元的一维序列数据均扩充为二维矩阵，由所有所述二维矩阵获得所有距离单元的时频图；S2：通过所有所述距离单元的时频图构成集合，所述集合通过定义几何度量构建时频分布流形，所述时频分布流形含有多个元素，每个所述距离单元的时频图均与时频分布流形上的一个元素相对应；S3：提取所述时频分布流形上的元素的纹理信息，由纹理信息构建检测统计量，通过检测器完成微弱目标检测。本申请可解决雷达检测过程中低信杂比情况下感兴趣的微弱目标极易被强杂波淹没的问题。

技术研发人员：陈茜茜,冯为可,郭艺夺,张群,冯存前
受保护的技术使用者：中国人民解放军空军工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24