基于组合自适应归一化匹配滤波的雷达目标检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于目标检测技术领域，具体设及自适应归一化匹配滤波检测方法和目标 多普勒扩散问题，可用于对海雷达在海杂波背景下微弱运动目标的检测。
【背景技术】
[0002] 海杂波背景下的微弱运动目标的有效探测是岸基和舰载对海监测雷达的重要任 务之一。检测的主要困难在于海杂波本身的复杂特性化及目标回波低信杂比特点。海杂波 与海情、气候环境、风速、风向等自然因素W及雷达频率、极化方式、分辨率、擦地角等诸多 因素有关，表现出了时间上非平稳、空间上非均匀和统计特性上非高斯等复杂特性。该些复 杂特性要求检测方法必须采用自适应处理实时估计海杂波的统计特性。同时，对于微弱运 动目标，特别是海面舰船该些低速目标，简单的自适应检测和短的累计时间往往难W有效 探测目标。检测方法需要与海杂波特性和目标回波特性匹配。前者有利于海杂波的有效抑 审IJ，而后者有利于目标回波的有效累计。
[000引在传统自适应检测方法中，匹配滤波（matched filter, MF)和自适应匹配滤波 (AM巧是高斯杂波背景下的最优检测方法。但较高分辨率情况下，海杂波往往具有强的非 高斯特性。该种情况下归一化匹配滤波（normalized matched filter,NMF)和自适应归一 化匹配滤波（ANM巧是公认的适用于重拖尾、非高斯杂波环境下的次最优检测方法，特别是 对重拖尾杂波和累计脉冲数比较多的情况下其性能接近最优。然而ANMF检测器的使用受 到两方面的限制，其一是累计时间内海杂波必须是平稳或近似平稳的，并且有足够多的空 间均匀样本估计海杂波的协方差矩阵；其二是目标回波在累计时间之内必须没有多普勒扩 散，目标回波功率聚集在一个多普勒通道内。
[0004] 该两个条件在检测微弱运动目标时是难W满足的。正是针对ANMF检测方法使用 中面临的该一难题，我们发明了组合ANMF检测方法。通过把累积时间划分为短的小区间来 解决非平稳性、非均匀性和累积时间太长之间的冲突；通过各小区间上最大检测统计量的 乘积组合解决目标多普勒扩散的问题。最终，很好地解决了长累积时间、海杂波背景下微弱 运动目标的有效检测问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提出基于组合自适应归一化匹配滤波（Combined ANMF， combined adaptive normalized matched filter)的雷达目标检测方法，
[0006] 为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予W实现。
[0007] 基于组合自适应归一化匹配滤波的雷达目标检测方法包括W下步骤：
[0008] 步骤1，利用雷达发射连续的脉冲信号，脉冲信号照射到物体表面产生回波，利用 雷达接收回波数据矩阵X，回波数据矩阵X是大小为KX Q的矩阵，K表示雷达接收信号的积 累脉冲数，Q表示雷达的距离单元数；
[0009] 步骤2,将回波数据矩阵X沿脉冲维进行划分，回波数据矩阵X从上到下每N行组 成一个回波数据块，回波数据矩阵X共划分为B个回波数据块，NXB = K ;所述B个回波数 据块分别表示为X。X2…，Xb，…，Xb，Xb表示第b个回波数据块，b = 1，2,…，B ;
[0010] 步骤3,将划分得到的B个回波数据块沿脉冲维进行组合，每N'个回波数据块组 合为一个组合回波数据块，回波数据矩阵X共对应C个组合回波数据块，C和N'均为设定 的大于1的自然数，NXN' XC = K ;所述C个组合回波数据块分别表示为X。X2…，X。… ，X。X。表示第C个组合回波数据块，C = 1，2,…，C ;
[0011] 步骤4,确定雷达的第q个距离单元为每个回波数据块Xb的待检测距离单元，q = 1，2,…，Q ;将第b个回波数据块Xb的待检测距离单元的回波数据记为Z b。，然后选取第b个 回波数据块Xb的参考距离单元，第b个回波数据块Xb的参考距离单元的数目表示为R，R为 大于1的自然数；得出第b个回波数据块Xb的待检测距离单元的回波数据Z b。的杂波协方 差矩阵估计值
[001引步骤5,对于目标的多普勒频率fd，得出第b个回波数据块Xb的待检测距离单元的 自适应归一化匹配滤波检测统计量Cb,。(片）；
[0013] 步骤6,得出目标的多普勒频率的每个取值对应的第b个回波数据块Xb的待检测 距离单元的自适应归一化匹配滤波检测统计量；在目标的多普勒频率的每个取值对应的第 b个回波数据块Xb的待检测距离单元的自适应归一化匹配滤波检测统计量中，选取最大值 作为第b个回波数据块Xb的检测统计量；将每个组合回波数据块中N'个回波数据块的检 测统计量相乘，得出对应组合回波数据块的检测统计量，第C个组合回波数据块X。的检测 统计量表示为CeAMp，。；
[0014] 步骤7,将步骤6中C个回波数据块的检测统计量按降序排列，在降序排列后的C 个检测统计量中，取第[Cf]个值作为检测口限T,，[Cf]表示不超过实数Cf的最大整数，f 表示设定的虚警概率；
[0015] 步骤8,如果,，判定第C个组合回波数据块的待检测距离单元有目标， 否则，判定第C个组合回波数据块的待检测距离单元没有目标。
[0016] 本发明的特点和进一步改进在于：
[0017] 在步骤2中，N为设定的大于1的自然数且为2的幕，N《Q/2。
[0018] 在步骤4中，第b个回波数据块Xb的待检测距离单元的回波数据Z b。的杂波协方 差矩阵估计值为；
[0019]
【主权项】
1. 基于组合自适应归一化匹配滤波的雷达目标检测方法，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤1，利用雷达发射连续的脉冲信号，脉冲信号照射到物体表面产生回波，利用雷达 接收回波数据矩阵X，回波数据矩阵X是大小为KXQ的矩阵，K表示雷达接收信号的积累脉 冲数，Q表示雷达的距离单元数； 步骤2,将回波数据矩阵X沿脉冲维进行划分，回波数据矩阵X从上到下每N行组成一 个回波数据块，回波数据矩阵X共划分为B个回波数据块，NXB=K;所述B个回波数据块 分别表不为Xi,X2…，Xb,…，XB，Xb表不第b个回波数据块，b= 1，2,…，B; 步骤3,将划分得到的B个回波数据块沿脉冲维进行组合，每N'个回波数据块组合为 一个组合回波数据块，回波数据矩阵X共对应C个组合回波数据块，C和N'均为设定的大 于1的自然数，NXfXC=K;所述C个组合回波数据块分别表示为XpX2…，X。，…，XC，X。 表示第c个组合回波数据块，c= 1，2,…，C; 步骤4,确定雷达的第q个距离单元为每个回波数据块Xb的待检测距离单元，q= 1，2,…，Q;将第b个回波数据块Xb的待检测距离单元的回波数据记为zb，q，然后选取第b个 回波数据块Xb的参考距离单元，第b个回波数据块Xb的参考距离单元的数目表示为R，R为 大于1的自然数；得出第b个回波数据块Xb的待检测距离单元的回波数据zb，q的杂波协方 差矩阵估计值&M; 步骤5,对于待检测目标的多普勒频率fd，得出第b个回波数据块Xb的待检测距离单元 的自适应归一化匹配滤波检测统计量eb，q(fd); 步骤6,得出目标的多普勒频率的每个取值对应的第b个回波数据块Xb的待检测距离 单元的自适应归一化匹配滤波检测统计量；在目标的多普勒频率的每个取值对应的第b个 回波数据块Xb的待检测距离单元的自适应归一化匹配滤波检测统计量中，选取最大值作为 第b个回波数据块Xb的检测统计量；将每个组合回波数据块中N'个回波数据块的检测统 计量相乘，得出对应组合回波数据块的检测统计量，第c个组合回波数据块X。的检测统计 量表示为I CANMF, c? 步骤7,将步骤6中C个回波数据块的检测统计量按降序排列，在降序排列后的C个检 测统计量中，取第[Cf]个值作为检测门限1\，[Cf]表示不超过实数Cf的最大整数，f表示 设定的虚警概率； 步骤8,如果|eANMF，。多T4，说明第c个组合回波数据块的待检测距离单元有目标，否 贝1J，说明第c个组合回波数据块的待检测距离单元没有目标。
2. 如权利要求1所述的基于组合自适应归一化匹配滤波的雷达目标检测方法，其特征 在于，在步骤2中，N为设定的大于1的自然数且为2的幂，N彡Q/2。
3. 如权利要求1所述的基于组合自适应归一化匹配滤波的雷达目标检测方法，其特征 在于，在步骤4中，第b个回波数据块Xb的待检测距离单元的回波数据z^的杂波协方差矩 阵估计值兑6>1?为：
其中，上标H表示取共轭转置，zu表示第b个回波数据块Xb的第r个参考距离单元的 回波数据。
4. 如权利要求1所述的基于组合自适应归一化匹配滤波的雷达目标检测方法，其特征 在于，在步骤5中，第b个回波数据块Xb的待检测距离单元的自适应归一化匹配滤波检测 统计量Q，q(fd)为：
其中，p(fd)为目标的多普勒导向矢量，fd表示目标的多普勒频率，上标T表示矩阵或 向量的转置，上标-1表示矩阵的逆，上标H表示共轭转置，| ? |表示取绝对值或者模值。
5. 如权利要求1所述的基于组合自适应归一化匹配滤波的雷达目标检测方法，其特征 在于，在步骤6中，第c个组合回波数据块X。中待检测单元的组合检测统计量|CANMF，。为：
其中，I；是雷达的脉冲重复周期（PRI)，C(X)表示第c个组合回波数据块中第k个 回波数据块的检测统计量，k= 1，2,…，N'。
【专利摘要】本发明属于目标检测技术领域，用于雷达在海杂波背景下检测弱的运动目标。其具体步骤为：利用雷达驻留在一个波位发射的相干脉冲串接收各距离单元的回波数据构成距离-脉冲复数矩阵；按一定规则对回波数据矩阵沿脉冲维进行划分与组合；对于划分得到的回波数据块的待检测距离单元，计算其杂波协方差矩阵估计值；利用该估计值及待检测距离单元数据求出各多普勒通道上检测统计量的值，并得到每个回波数据块中检测统计量的最大值，通过最大值的乘积求出各组合检测统计量的值；根据设定的虚警概率、组合回波数据块的块数，通过蒙特卡罗方法计算出判决门限；如果组合检测统计量的值大于门限，判定待检测距离单元有目标，否则判定待检测距离单元无目标。
【IPC分类】G01S7-41
【公开号】CN104569949
【申请号】CN201510040954
【发明人】水鹏朗, 许述文, 樊书辰, 李东宸
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月27日