[发明专利]一种高频地波雷达弱目标检测跟踪方法和装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及雷达领域，更具体地，涉及一种高频地波雷达弱目标检测跟踪方法和装置。

背景技术

大海无边无际，宽阔无量，隐藏着无穷的秘密。高频无线电海浪回波非线性动力学特征研究吸引着众多的科学家。尤其是高频雷达的问世，促进了高频无线电海洋学新领域的发展。高频无线电海洋回波具有哪些特征？如何提取高频无线电海浪回波非线性动力学特征？如何应用上述特征构造基于高频无线电海浪回波非线性动力学特性的弱目标检测跟踪方法？这是目前国内外尚没有开展的、具有挑战性的发明课题，是本发明要解决的问题。高频雷达工作在十分拥挤的短波段，因而高频无线电海浪回波完全不同于微波海浪回波，它是结构十分复杂的非线性信号。现有的高频海浪回波特性的研究主要集中在海浪回波频谱分析上，主要有两种模式，一种是Barrick等建立的半理论半经验模型，另一种是Khan等建立的自适应时间序列模型。Barrick模型很难实时建模。而且在海洋非线性作用增强时，模型的偏差会显著增大。Khan方法实时性较好，但对于高阶分量无能为力。这是因为高频海浪回波决不仅仅是简单线性时变模型，背景噪声也不是简单的高斯噪声。

在强海杂波背景下高频地波雷达弱信号检测是目前在国际上尚没有得到解决的，而且十分关注的课题。现有的高频地波雷达目标检测和海态遥感方法都是依据高频电波与海洋表面作用的Bragg谐振理论和一阶、二阶散射理论进行检测的，因而这种方法无法检测淹没在一阶和二阶强海杂波频谱背景下的弱目标。

发明内容

本发明依据高频无线电海浪回波非线性动力学特性，建立高频海浪回波混沌模型，并利用混沌海杂波的时间空间相关性和其他混沌拓扑特征进行海杂波的预测，从而在海浪回波中剔除强海杂波，最终实现淹没在强海杂波背景下的弱目标的检测。本发明将为解决高频地波雷达在强海杂波背景下弱目标检测跟踪提供新的可行的方法。

本发明提供了一种高频雷达弱目标检测跟踪方法，包括以下步骤：实时记录回波信号的中频数据；对消冲击干扰和回波的一阶谱数据；建立回波的海浪混沌动力学预测模型；以及执行弱目标检测跟踪，其中，对消的步骤包括：对中频数据进行距离变换和速度变换，在速度谱域上用样条小波滤波器剔除冲击干扰，并用重构吸引子的轨迹矩阵方式剔除回波的强海杂波。

其中，用前后回波数据来填补被剔除的数据。

其中，实时记录是通过使用fpga10k数据采集板完成的。

其中，建立的步骤包括：从相空间的角度建立回波的海浪混沌动力学预测模型，对消海浪回波。

其中，执行弱目标检测跟踪的步骤包括：执行基于回波信号分维数特征的弱目标检测跟踪。

其中，重构吸引子大于或等于约6.01、并且小于或等于约8.12的分数维。

此外，本发明还提供了一种高频雷达弱目标检测跟踪装置，包括：记录模块，用于实时记录回波信号的中频数据；对消模块，用于对消冲击干扰和回波的一阶谱数据；模型建立模块，用于建立回波的海浪混沌动力学预测模型；以及执行模块，用于执行弱目标检测跟踪，其中，对消模块用于对中频数据进行距离变换和速度变换，在速度谱域上用样条小波滤波器剔除冲击干扰，并用重构吸引子的轨迹矩阵方式剔除回波的一阶谱数据。

其中，用前后回波数据来填补被剔除的数据。

其中，实时记录是通过使用fpga10k数据采集板完成的。

附图说明

当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少

图1示出了根据本发明的原理框图；

图2示出了根据本发明实施例的高频无线电海浪回波数据的获取过程；

图3示出了根据本发明实施例的海杂波预测和对消过程示意图；

图4示出了根据本发明实施例的高频海浪回波海浪混沌预测对消和分形检测的弱目标检测跟踪流程图；

图5示出了根据本发明实施例的对消冲击干扰后的回波信号频谱；

图6-8示出了根据本发明实施例的剔除海浪一阶谱和冲击干扰后回波的某个距离门混沌信号特征；

图9示出了根据本发明实施例的用海浪混沌动力学预测对消海杂波后的相应的对消结果；

图10示出了经预处理后的实际雷达系统回波信号分维数变化曲线；以及

图11示出了实际系统航迹处理结果。

具体实施方式