[发明专利]海面微动目标Radon-线性正则变换长时间相参积累检测方法

说明书

一、技术领域

本发明属于雷达信号处理和检测技术领域，更具体地，本发明涉及一种海面微动目标Radon-线性正则变换长时间相参积累检测方法，可用于强海杂波背景下微动目标的雷达检测处理。

二、背景技术

高海况条件下可靠、稳健的弱目标检测技术始终是雷达信号处理领域的难题。传统基于统计理论的目标检测方法将海杂波视为随机过程，但目标模型和杂波模型均呈多样化发展趋势，尤其是杂波分布模型，在复杂环境中往往不成立或不完全成立，这就使经典目标检测方法由于模型失配而不能取得预期的检测结果。当海面环境较为平稳时(通常低于3级海况)，海面目标与雷达的相对平动对回波的多普勒频率影响最大，坐标系的各坐标轴永远相互平行，表现为匀速运动、匀加速运动和变加速运动等。然而，由于舰船随海面波动而产生颠簸，一方面，在高海况条件下，海杂波的存在降低了回波信号的信杂比(Signal-to-Clutter Ratio，SCR)；另一方面，由于风浪等环境因素的影响，也由于螺旋桨、舵等海洋运动体自身的各种推动和控制作用，会产生复杂的运动，导致姿态变化，引起雷达回波功率调制效应，导致散射点的多普勒频率随时间非线性变化。以上问题使得海杂波频谱展宽，淹没微弱目标信号，并且由于目标复杂运动，导致能量积累效果差，这些都严重降低了雷达的检测性能。

近年来，随着高分辨雷达和信号处理水平的提高，微多普勒理论已成为目标探测与识别领域的重要研究方向。若目标相对于雷达存在径向运动的同时，目标或目标上的结构还伴随着微运动，会在多普勒频率附近产生边带，这种微动对雷达回波的调制称为微多普勒现象。微动是由目标的特殊结构在特定的受力作用下引起的，因此目标微动状态常常是独一无二的，反映了目标的精细特征。因此，微多普勒非常适于分析海杂波以及海面目标回波信号。具有低可观测特性的海面微动目标种类很多，根据微多普勒的定义，海面目标的微动特征表现为平动中的非匀速运动以及三轴转动(俯仰、偏航和横滚)，归纳起来可分为如下三类：1)低空掠海飞行目标，如掠海飞行的巡航导弹和飞机等，通常具有很强的机动能力，表现为非匀速运动，其回波易产生高阶相位，并且由于贴近海面飞行，使得雷达照射目标后的回波信号受海杂波影响，回波SCR低；2)高海况条件下的大目标，但由于距离远、杂波背景强等因素导致目标单元中SCR很低，例如预警雷达对舰船和航母等的远程探测和监视，船体随海面波动而绕三轴转动；3)海面快速高机动目标，如海面快艇、军舰等，其运动速度大大超过平稳运动目标，同时具有非匀速运动和三轴转动。

由于目标的微动以及海杂波的非平稳变化，导致雷达在时域或频域内无法有效地积累目标能量或抑制海杂波能量。在雷达信号处理中，通常可以延长积累时间以增加目标的能量，达到提高SCR的目的，数字相控阵雷达增加了波束的驻留时间，为目标的长时间积累提供了可能性。目前，对海面微动目标的长时间相参积累主要面临以下两个方面的问题：一方面由于雷达距离分辨力的不断提高和目标的快速运动，在长时间积累时，目标回波包络在不同脉冲周期之间走动，称为距离徙动效应(Across Range Walk，ARU)，使得目标能量在距离向分散，需在检测前进行回波距离徙动补偿；另一方面宽带雷达在长时间相参积累时，目标的微动(非匀加速运动或三轴转动)会引起回波相位变化，使雷达回波信号具有时变特性并表现为高阶相位形式，目标的多普勒频率将跨越多个多普勒单元，称为多普勒徙动效应(Doppler Frequency Migration，DFM)，使得目标的频谱展宽，降低了相参积累增益。