一种基于杂波强度分区的恒虚警检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达弱目标检测技术的领域，特别涉及了知识辅助和恒虚警（CFAR) 检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 现代雷达系统面临着越来越复杂的环境以及越来越小的目标RCS，传统的雷达探 测技术已很难解决这些挑战。知识辅助（Knowledge-basedKB)信号处理自提出以来一直 是改善传统雷达探测性能的关键技术之一。特别是探测区域处于非均匀的环境中，如城市、 山区、海滨、树林、农田等，雷达系统的传统CFAR检测选择的参考窗数据已不再满足独立同 分布的条件，导致虚警概率升高、真实目标被掩盖。知识辅助检测技术利用已知的各种先验 信息选择近似的参考单元，进而改善非均匀环境下雷达目标检测性能。因此，提高复杂环境 下雷达对目标的检测能力具有重要的理论价值和实际意义。
[0003] 恒虚警检测是在雷达自动检测系统中给检测策略提供检测阀值并且使杂波干扰 对系统的虚警概率影响最小的一种自适应信号处理算法。针对非均匀环境下的知识辅助恒 虚警检测，国内外已经做了许多工作，2003年，美国雪城大学的BiaoChen针对已知瑞利分 布的杂波背景，提出了利用期望最大方法估计杂波边缘的位置，从而筛选参考单元。2005年 意大利的E.Conte和A.DeMaio等人提出了一种KB雷达检测器，包含三部分：一个基于GIS 的数据选择器，主要用于删除静态异常值（staticoutliers)，主要利用了不同地形分布这 一个特性；一个自适应数据训练选择器，主要用于删除动态异常值（dynamicoutliers)，一 个自适应雷达检测器，用来完成最后的检测。2006年，意大利的ADeMaio提出利用地理 信息系统（GIS)来挑选均匀参考单元，改善了检测性能。2012年，Pourmottaghi假设背景 为韦布尔分布，进而提出利用最大似然估计来寻找杂波边缘的位置，挑选均匀参考单元。知 识辅助恒虚警检测的关键在于利用一些先验信息，对参考单元就行筛选。上述方法在先验 信息的利用上都是单一的，主要是地形信息、分布类型，并且分布类型只通过简单假设得到 的。从而在雷达探测过程中影响雷达的检测精度。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于杂波强度分区的恒虚警检测方法，该方法利用了多 元的先验信息，从而达到杂波非均匀背景下具有通用性强、检测精度高的目的。
[0005] 本发明提出了基于静态知识库中杂波强度分区的恒虚警检测方法，该方法主要分 为三个阶段。首先，在探测区域杂波散射强度计算阶段，利用地形分类、擦地角、地形坡度、 雷达参数以及雷达照射区/阴影区等先验信息，并结合林肯实验室后向散射系数模型，得 到探测区域的杂波散射强度；然后，在杂波强度分区阶段，按照雷达探测区域的杂波散射强 度大小划分为三类（高杂波区、中杂波区、低杂波区），实现杂波强度分区。最后，在恒虚警 检测阶段，利用杂波强度分区，选择和待检测单元同区的参考单元，估计检测门限，实现恒 虚警检测。因而，本发明一种基于杂波强度分区的恒虚警检测方法，该方法包括以下步骤：
[0006] S1、获得雷达探测区域的杂波后向散射系数值；
[0007] S11、初始化雷达参数：雷达坐标、雷达相对地面高度h、雷达载频f;
[0008] S12、根据现有资料获取雷达探测区域的地形分类，包括农田、树林、高山、城市、沙 漠、沼泽等，并对各地形进行编号；
[0009] S13、获得擦地角a，a表示雷达视线与水平线之间的夹角；
[0010] S14、获得坡度，坡度表示雷达坡面与待检测单元水平面之间的夹角；
[0011] S15、获得雷达探测区域的照射区，判断各区域能否被雷达照射到；
[0012] S16、利用上面得到的参数，雷达频率、地形分类、擦地角、坡度以及照射区类型，并 结合林肯实验室RCS后向散射系数模型，获得探测区域的杂波后向散射系数值；对雷达照 射不到的阴影区域，杂波后向散射系数值置为_55dB;
[0013] S2、杂波强度分区阶段，对S1中得到的杂波后向散射系数值进行大小划分，划分 种类数和划分门限都对最后的检测有一定的影响；这里我们利用穷举法获得的两个门限 〇郴〇 2，将探测区域划分为三类：大于〇 2为高杂波区域⑶、小于〇i为低杂波区域（L)、 其他中杂波区域（M);
[0014] S3、恒虚警检测阶段，步骤为：
[0015] S31、选取参考单元，确定恒虚警检测的参考单元数n，然后利用S2中的分区结果， 选取n个与待检测单元临近的同分区的单元为参考单元，若同分区的单元数不够n个，就选 取最临近的其他区单元补充；
[0016] S32、利用选取的参考单元数据及与待检测单元杂波统计特性匹配的传统CFAR检 测器进行目标检测。
[0017] 2 由菜田县德她#a:
[0018]
【主权项】
1. 一种基于杂波强度分区的恒虚警检测方法，该方法包括以下步骤： 51、 获得雷达探测区域的杂波后向散射系数值； 511、 初始化雷达参数：雷达坐标、雷达相对地面高度h、雷达载频f; 512、 根据现有资料获取雷达探测区域的地形分类，包括农田、树林、高山、城市、沙漠、 沼泽等，并对各地形进行编号； 513、 获得擦地角a，a表示雷达视线与水平线之间的夹角； 514、 获得坡度，坡度表示雷达坡面与待检测单元水平面之间的夹角； 515、 获得雷达探测区域的照射区，判断各区域能否被雷达照射到； 516、 利用上面得到的参数，雷达频率、地形分类、擦地角、坡度以及照射区类型，并结合 林肯实验室RCS后向散射系数模型，获得探测区域的杂波后向散射系数值；对雷达照射不 到的阴影区域，杂波后向散射系数值置为_55dB; 52、 杂波强度分区阶段，对SI中得到的杂波后向散射系数值进行大小划分，划分种类 数和划分门限都对最后的检测有一定的影响；这里我们利用穷举法获得的两个门限〇 :和 〇2，将探测区域划分为三类：大于〇2为高杂波区域（H)、小于〇 :为低杂波区域（L)、其他 中杂波区域（M); 53、 恒虚警检测阶段，步骤为： 531、 选取参考单元，确定恒虚警检测的参考单元数n，然后利用S2中的分区结果，选取 n个与待检测单元临近的同分区的单元为参考单元，若同分区的单元数不够n个，就选取最 临近的其他区单元补充； 532、 利用选取的参考单元数据及与待检测单元杂波统计特性匹配的传统CFAR检测器 进行目标检测。
2. 如权利要求1所述的一种基于杂波强度分区的恒虚警检测方法，其特征在于所述步 骤S13中采用如下公式获得擦地角a:
其中，h为雷达高度，r为雷达到待检测单元的距离，a为地球有效半径，等于实际地球 半径的4/3倍。
3. 如权利要求1所述的一种基于杂波强度分区的恒虚警检测方法，其特征在于所述步 骤S14采用如下公式获得坡度：
其中，hi，」表示待检测单元（i,j)的高程值，D表示单元（i,j)的长度。
4. 如权利要求1所述的一种基于杂波强度分区的恒虚警检测方法，其特征在于所述步 骤S15获得雷达探测区域的照射区的具体方法为：对于待判断单元，从雷达到待判断单元 之间有一条射线，遍历待判断单元和雷达之间的所有单元，如果它们的高度都低于这条射 线，那么待判断单元属于照射区域。
【专利摘要】该发明公开了一种基于杂波强度分区的恒虚警检测方法，属于雷达目标检测技术的领域，特别涉及了知识辅助和恒虚警检测技术。该方法主要分为三个阶段。首先，在探测区域杂波散射强度计算阶段，利用地形分类、擦地角、地形坡度、雷达参数以及雷达照射区/阴影区等多元先验信息，并结合林肯实验室后向散射系数模型，得到探测区域的杂波散射强度；然后，在杂波强度分区阶段，按照雷达探测区域的杂波散射强度大小划分，实现杂波强度分区。最后，在恒虚警检测阶段，利用杂波强度分区，选择和待检测单元同区的参考单元，估计检测门限，实现恒虚警检测。从而该方法在非均匀背景下具有通用性强、检测精度高的效果。
【IPC分类】G01S7-35, G01S7-292
【公开号】CN104714215
【申请号】CN201510121795
【发明人】易伟, 卢术平, 宋海洋, 姜海超, 崔国龙, 孔令讲, 杨晓波, 杨建宇
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月19日