專利名稱：基于子帶anmf海雜波中動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于物理領(lǐng)域，具體涉及一種海雜波背景下基于子帶的自適應(yīng)歸一化匹配 濾波器ANMF動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
在目標(biāo)探測(cè)領(lǐng)域，海雜波是海面的后向散射回波，它的作用是掩蓋艦船目標(biāo)，同時(shí) 產(chǎn)生分散注意力的虛假信號(hào)。目前海雜波背景下目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)主要有利用平均周期實(shí)現(xiàn)海上小目標(biāo)的檢測(cè)方 法，例如，北京航空航天大學(xué)申請(qǐng)的發(fā)明專利，基于平均周期的海上小目標(biāo)檢測(cè)方法(專利 申請(qǐng)?zhí)?00810247554. 6，公開號(hào)CN 101452075A)。該專利申請(qǐng)首先提取各距離單元海面回 波的平均周期，利用待檢測(cè)距離單元鄰近的距離單元計(jì)算檢測(cè)門限，通過對(duì)門限值和待檢 測(cè)距離單元所提取的平均周期進(jìn)行比較得到檢測(cè)結(jié)果。該專利申請(qǐng)利用海雜波的平均周期 較小、目標(biāo)回波的平均周期較大這一差異檢測(cè)海上弱小目標(biāo)。該專利申請(qǐng)存在的主要不足 是它隱含的條件是必須在空間平穩(wěn)的海雜波環(huán)境下適用，且受散斑分量非平穩(wěn)性的影響。 而在實(shí)際情況下，高分辨率海雜波在空間上是非平穩(wěn)的，由此導(dǎo)致該專利申請(qǐng)可利用的鄰 近距離單元上的雜波樣本數(shù)目有限，從而影響了檢測(cè)器的檢測(cè)性能的改善。另外，該專利申 請(qǐng)不適用于多脈沖積累檢測(cè)。而對(duì)于相干脈沖雷達(dá)而言，雷達(dá)的檢測(cè)性能是與積累的脈沖 數(shù)成正比的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提出一種基于子帶ANMF海雜波中動(dòng)目 標(biāo)檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)海雜波背景下目標(biāo)的多脈沖積累檢測(cè)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法如下步驟1，雷達(dá)接收的海面脈沖回波信號(hào)通過離散傅立葉變換DFT調(diào)制濾波器組，實(shí) 現(xiàn)子帶分解；步驟2，對(duì)子帶分解的信號(hào)進(jìn)行下采樣抽取，從而得到分解下采樣后的子帶信號(hào)；步驟3，基于分解下采樣后的子帶信號(hào)，構(gòu)造子帶ANMF這個(gè)檢測(cè)器的各個(gè)子帶的 檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，并單獨(dú)確定各個(gè)子帶的檢測(cè)門限；步驟4，將各個(gè)子帶的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量與其對(duì)應(yīng)子帶的檢測(cè)門限進(jìn)行比較，判決目標(biāo)是 否存在，如果檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量大于檢測(cè)門限，則判定目標(biāo)存在，反之，則判定目標(biāo)不存在。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較具有以下優(yōu)點(diǎn)第一，本發(fā)明由于利用了濾波器組的分解特性對(duì)雷達(dá)接收的海面回波信號(hào)分解， 保證了子帶海雜波的統(tǒng)計(jì)模型不變性，達(dá)到子帶ANMF檢測(cè)的目的。第二，本發(fā)明由于利用了子帶分解特性和采用了下采樣處理方法，對(duì)雷達(dá)接收的 海面回波信號(hào)分解并進(jìn)行下采樣處理，降低了子帶海雜波的散斑分量的非平穩(wěn)性，克服了 可利用的參考樣本有限的難題，以便進(jìn)行更多脈沖的積累檢測(cè)，提高了檢測(cè)性能。
第三，本發(fā)明由于在構(gòu)造子帶檢測(cè)器時(shí)采用各子帶單獨(dú)檢測(cè)目標(biāo)的處理方式，并 且各個(gè)子帶的門限由子帶海雜波單獨(dú)確定，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的檢測(cè)判決，提高了檢測(cè)性能。第四，在檢測(cè)非平穩(wěn)海雜波中的目標(biāo)時(shí)，北京航空航天大學(xué)申請(qǐng)的發(fā)明專利有前 提假設(shè)條件的限制，本發(fā)明克服了前提假設(shè)條件限制的缺點(diǎn)，可適用于各種海況條件下的 動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)。


圖1是本發(fā)明的流程圖。圖2是線性相位DFT調(diào)制濾波器組的頻率響應(yīng)圖。圖3是本發(fā)明的檢測(cè)機(jī)制圖。圖4是相同積累樣本條件下，ANMF檢測(cè)器和本發(fā)明的檢測(cè)性能比較圖。圖5是相同積累時(shí)間條件下，ANMF檢測(cè)器和本發(fā)明的檢測(cè)性能比較圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，首先輸入雷達(dá)接收的海面脈沖回波信號(hào)，對(duì)于輸入的雷達(dá)回波信號(hào)χ = [x(l)，x(2)，...，x(N)]T是由N個(gè)脈沖回波組成的，其中，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置?；夭ㄐ盘?hào)χ = [χ (1)，χ (2)，· · ·，(N) ]τ可能僅含有海雜波信號(hào)c = [c (1)，c (2)，· · ·，c (N) ]τ，也有可能是 海雜波信號(hào)c = [c(l)，c⑵，…，c(N)]T與目標(biāo)信號(hào)s = [s(l)，s⑵，…，s(N)]T的混 合。然后回波信號(hào)通過以下步驟實(shí)現(xiàn)海雜波中的目標(biāo)檢測(cè)。步驟1，雷達(dá)接收的海面脈沖回波信號(hào)χ通過離散傅立葉變換DFT調(diào)制濾波器組， 實(shí)現(xiàn)子帶分解，保證了子帶海雜波的統(tǒng)計(jì)模型不變性。在實(shí)現(xiàn)子帶分解前，需要先設(shè)計(jì)低通原型濾波器，它的設(shè)計(jì)應(yīng)該使線性相位DFT 調(diào)制濾波器組應(yīng)當(dāng)具有較高的阻帶抑制特性和通帶平坦特性，本發(fā)明的實(shí)施例通過以下步 驟實(shí)現(xiàn)la)設(shè)計(jì)低通原型濾波器 使其滿足以下關(guān)系 其中，Cn(CO)為濾波器的設(shè)計(jì)參數(shù)，2N為濾波器的階數(shù)，ω為角頻率，ζ為原型濾 波器的系數(shù)向量，2Κ+1是總的子帶數(shù)，正數(shù)ε控制原型濾波器的通帶震蕩；lb)由低通原型濾波器經(jīng)過DFT調(diào)制得到濾波器組，其表達(dá)方式如下 其中Hk(f)為第k個(gè)子帶分析濾波器的頻率響應(yīng)，K是指正頻或者負(fù)頻子帶數(shù)，f 是指頻率，2K+1是總的子帶數(shù)，2N為濾波器的階數(shù)，b(f)是濾波器的在頻率域的幅度響應(yīng)， 保證濾波器的通帶平坦性。2K+1個(gè)分析濾波器構(gòu)成了濾波器組。通過上述的la)和lb)，本發(fā)明的實(shí)施例獲得了圖2所示的DFT調(diào)制濾波器組的頻 率響應(yīng)圖，其中，DFT調(diào)制濾波器組的阻帶衰減幅度為_42dB，通帶幅度波動(dòng)系數(shù)為0. 1。DFT調(diào)制濾波器組的阻帶衰減幅度較低，保證了每個(gè)子帶濾波器的通帶范圍之外的雜波分量能 夠被抑制，同時(shí)，DFT濾波器組的通帶波動(dòng)系數(shù)較小，保護(hù)了位于該濾波器通帶內(nèi)的目標(biāo)信號(hào)。Ic)通過上述設(shè)計(jì)的DFT調(diào)制濾波器組獲得子帶分解信號(hào)，其表達(dá)形式如下xk = x*hk，k = -K, -K+1, · · ·，K其中，Xk為子帶分解信號(hào)，χ表示接收的回波信號(hào)，*表示卷積運(yùn)算，hk為第k個(gè)子 帶濾波器的時(shí)域表達(dá)形式。子帶信號(hào)Xk可能僅含有子帶海雜波信號(hào)，也可能是子帶海雜波 信號(hào)與子帶目標(biāo)信號(hào)的混合。通過上述的la)、lb)和lc)，本發(fā)明的實(shí)施例保證了子帶海雜波的統(tǒng)計(jì)模型不變性。步驟2，對(duì)子帶分解的信號(hào)Xk進(jìn)行下采樣抽取，從而得到分解下采樣后的子帶信 號(hào)，提高散斑分量的平穩(wěn)度。對(duì)子帶信號(hào)Xk進(jìn)行下K1采樣后可以得到海雜波信號(hào)和目標(biāo)信號(hào)、而兩個(gè)結(jié) 果。第！^個(gè)子帶下&采樣的海雜波信號(hào)為、^，!^ = -!^ -K+1，...，K;第k個(gè)子帶下&采 樣的目標(biāo)信號(hào)為、Α =&(又，4)，其中a是目標(biāo)幅度受濾波器通帶內(nèi)的幅度調(diào)制后的復(fù) 常數(shù)，fd是目標(biāo)的多普勒頻率，v(fd, K1)是指采樣因子為K1的下采樣處理后的多普勒導(dǎo)向矢量。本發(fā)明的實(shí)施例通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行下采樣處理，提高子帶海雜波的散斑分量的平穩(wěn)度。步驟3，基于分解下采樣后的子帶信號(hào)，構(gòu)造子帶ANMF這個(gè)檢測(cè)器的各個(gè)子帶的 檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，并單獨(dú)確定各個(gè)子帶的檢測(cè)門限。3a)構(gòu)造子帶ANMF的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量對(duì)于分解下采樣的子帶信號(hào)x^1，在構(gòu)造子帶ANMF這個(gè)檢測(cè)器之前，需要先給出 二元假設(shè)檢驗(yàn)方法，其表達(dá)形式為 其中Htl表示僅有子帶下采樣的海雜而不存在目標(biāo)的情況，而H1表示同時(shí)存 在子帶下采樣的目標(biāo)、而和子帶下采樣的海雜波eU1的情況。本發(fā)明實(shí)施例的檢測(cè)器包括一 個(gè)DFT調(diào)制濾波器組和每個(gè)子帶ANMF檢測(cè)器，其中每個(gè)子帶ANMF檢測(cè)器只負(fù)責(zé)多普勒頻 率位于該子帶的通帶范圍的檢測(cè)。子帶ANMF檢測(cè)器包括對(duì)子帶海雜波的白化過程和對(duì)子 帶目標(biāo)信號(hào)的匹配過程。為此，構(gòu)造出的子帶ANMF檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量為 其中是第k個(gè)子帶經(jīng)過下K1采樣后的ANMF檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，ν (fd，K1)為子帶下K1 采樣后的導(dǎo)向矢量，fd是待檢測(cè)目標(biāo)的多普勒頻率，
為利用子帶下采 樣處理后的海雜波信號(hào)的參考單元rk,p估計(jì)得到的協(xié)方差矩陣，P為參考單元個(gè)數(shù)，~+是指第k個(gè)子帶下K1采樣后的N維接收信號(hào)。3b)設(shè)定各個(gè)子帶的檢測(cè)門限針對(duì)上述提到的子帶檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，設(shè)定檢測(cè)器的各個(gè)子帶的檢測(cè)門限，其實(shí)現(xiàn)過 程如下對(duì)于第k個(gè)子帶下采樣的海雜波信號(hào)e^1，在給定的虛警概率Pf情況下，獲到Htl條 件下的L個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本，再將L個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行從大到小降序排列，取排列后的第|/x 」個(gè)
實(shí)驗(yàn)樣本作為第k個(gè)子帶的檢測(cè)門限nk，其中^ZxjP/」表示不超過實(shí)數(shù)LXpf的最大整數(shù)。 所有2K+1個(gè)子帶ANMF檢測(cè)器均按以上過程設(shè)定門限。本發(fā)明實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)樣本的數(shù)目 L必須足夠大，以保證獲得的檢測(cè)門限nk的精度。步驟4，基于已經(jīng)獲得的子帶檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量和檢測(cè)門限，對(duì)于實(shí)測(cè)的海雜波數(shù)據(jù)，其 判決如下 其中是第k個(gè)子帶下K1采樣后的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量；nk表示第k個(gè)子帶的檢測(cè)門限。本發(fā)明的效果可以通過下面的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)所用的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)是IPIX 雷達(dá)在1998年獲得的，數(shù)據(jù)文件為19980223_170435_ANTSTEP. CDF，雷達(dá)參數(shù)如下發(fā)射頻 率為9. 3GHz，距離分辨率為15m，脈沖重復(fù)頻率為100Hz，掃描脈沖為60000，距離單元為34， 其中，純雜波占據(jù)31個(gè)距離單元。本發(fā)明設(shè)定的虛警概率為Pf = 10_3，需要L= 100，000 個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本。圖3是本發(fā)明檢測(cè)機(jī)制圖，由于各個(gè)子帶具有不同的檢測(cè)門限，而且各個(gè)子帶檢 測(cè)器只負(fù)責(zé)多普勒頻率位于該子帶內(nèi)的目標(biāo)的檢測(cè)，使得不同子帶之間的檢測(cè)不會(huì)相互影 響?；趫D3的檢測(cè)機(jī)制，當(dāng)本發(fā)明的積累時(shí)間是ANMF檢測(cè)器的積累時(shí)間的2倍時(shí)，在相 同的積累樣本條件下，ANMF檢測(cè)器和本發(fā)明的性能比較結(jié)果如圖4所示，顯而易見，本發(fā)明 的檢測(cè)性能優(yōu)于ANMF檢測(cè)器的檢測(cè)性能。由于本發(fā)明使用了下采樣技術(shù)，本發(fā)明的積累脈 沖數(shù)為ANMF檢測(cè)器的積累脈沖數(shù)的2倍時(shí)，在相同積累時(shí)間條件下，本發(fā)明的檢測(cè)性能優(yōu) 于ANMF檢測(cè)器的檢測(cè)性能，如圖5所示。這主要是因?yàn)楸景l(fā)明降低了子帶海雜波的散斑分 量的非平穩(wěn)性，克服了可利用的參考樣本有限的難題，能夠積累更多的脈沖。
權(quán)利要求
一種基于子帶ANMF海雜波中動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，包括步驟1，將雷達(dá)接收的海面脈沖回波信號(hào)通過離散傅立葉變換DFT調(diào)制濾波器組，實(shí)現(xiàn)子帶分解；步驟2，對(duì)子帶分解的信號(hào)進(jìn)行下采樣抽取，從而得到分解下采樣后的子帶信號(hào)；步驟3，基于分解下采樣后的子帶信號(hào)，構(gòu)造子帶ANMF這個(gè)檢測(cè)器的各個(gè)子帶的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，并單獨(dú)確定各個(gè)子帶的檢測(cè)門限；步驟4，將各個(gè)子帶的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量與其對(duì)應(yīng)子帶的檢測(cè)門限進(jìn)行比較，判決目標(biāo)是否存在，如果檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量大于檢測(cè)門限，則判定目標(biāo)存在，反之，則判定目標(biāo)不存在。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于子帶ANMF海雜波中動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其中步驟1中所述 DFT調(diào)制濾波器組的阻帶衰減幅度為_42dB，通帶幅度波動(dòng)系數(shù)為0. 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于子帶ANMF海雜波中動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其中步驟3中所述 的構(gòu)造檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量是依照以下構(gòu)造公式實(shí)現(xiàn)的 其中^+是第k個(gè)子帶下K1采樣后的ANMF檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，ν (fd，K1)為子帶下K1采樣后的導(dǎo)向矢量，K1是下采樣因子，fd是待檢測(cè)目標(biāo)的多普勒頻率，成 利用子帶下采樣后海雜波信號(hào)的參考單元rk,p估計(jì)的海雜波協(xié)方差矩陣，P為參考單元個(gè)數(shù)，x^ur1 是指第k個(gè)子帶下K1采樣后的N維接收信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于子帶ANMF海雜波中動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其中步驟3中所 述的檢測(cè)門限確定為，對(duì)于子帶k，在給定的虛警概率pf情況下，獲到Htl條件下的L個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本，再將L個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行從大到小降序排列，取排列后的第[Ix/V」個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本作為第 k個(gè)檢測(cè)門限，其中|/XjP/」表示不超過實(shí)數(shù)LXpf的最大整數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于子帶ANMF海雜波中動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法，其步驟為(1)雷達(dá)接收的海面脈沖回波信號(hào)通過離散傅立葉變換調(diào)制濾波器組，實(shí)現(xiàn)子帶分解。(2)對(duì)子帶分解的信號(hào)進(jìn)行下采樣抽取，從而得到分解下采樣后的子帶信號(hào)。(3)基于分解下采樣后的子帶信號(hào)，構(gòu)造子帶ANMF這個(gè)檢測(cè)器的各個(gè)子帶的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，并單獨(dú)確定各個(gè)子帶的檢測(cè)門限。(4)將各個(gè)子帶的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量與其對(duì)應(yīng)子帶的檢測(cè)門限進(jìn)行比較，判決目標(biāo)是否存在。本發(fā)明降低了子帶海雜波的散斑分量的非平穩(wěn)性，克服了可利用的參考樣本有限的難題，擺脫了前提假設(shè)條件限制的困擾，可適用于各種海況條件下的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01S7/41GK101887119SQ201010204180
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者時(shí)艷玲, 水鵬朗 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)