[发明专利]一种基于功率谱盒维数的海上目标检测方法

说明书

本发明公开了一种基于功率谱盒维数的海上目标检测方法，属于雷达信号处理技术领域，包括：获取海杂波回波的时间序列X，采用周期图法计算海杂波回波的功率谱S(f)，得到海杂波回波的功率谱序列S；对功率谱序列S进行最大值归一化处理，得到归一化的功率谱序列S_u；设定盒维数的网格尺寸δ，计算出功率谱序列的盒维数D，并将其作为统计检验量设计非参量恒虚警检测器，完成雷达目标检测。该方法的检测性能优于基于统计模型的检测算法和已有时域分形维数检测算法，提高了低信杂比条件下海上目标的检测性能。

技术领域

本发明涉及一种基于功率谱盒维数的海上目标检测方法，该方法用来改善海杂波背景下目标检测的性能，适用于对海工作模式下的预警雷达，属于雷达信号处理技术领域。

背景技术

传统海杂波背景下的目标检测方法是基于海杂波的幅度统计分布模型，通过模型匹配结果来确定检测方案和检测门限因子，最典型的方法即为均值类恒虚警检测方法(ML-CFAR)，包括：单元平均恒虚警(CA-CFAR)、单元平均选大恒虚警(GO-CFAR)和单元平均选小恒虚警(SO-CFAR)。已有文献对实测海杂波数据的研究表明，在高海况和高分辨率雷达条件下的海杂波具有非线性和非平稳特性，此时基于海杂波平稳随机的假设不再成立，引起海杂波统计模型失配严重，导致检测性能急剧下降。分形是一种描述海杂波非平稳性和非线性特性的经典理论，它强调海杂波具有自相似性，并通过盒维数来描述海杂波的自相似程度，由于目标的出现会改变海杂波固有的自相似性，引起盒维数产生变化，因此可以用盒维数形成统计检验量，完成海杂波背景下的目标检测。

基于分形的目标检测方法是对传统基于统计模型的目标检测方法的一种补充和拓展，但已有基于盒维数的目标检测方法仅从信号的时域出发，通过海杂波幅度序列来计算其盒维数，忽略了回波中的相位信息，导致在低信杂比条件下目标检测性能下降。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服了基于统计模型方法在模型失配导致的检测性能下降问题，该方法从海杂波的分形特性出发，同时改进了已有时域盒维数检测方法的不足，同时利用回波的幅度和相位信息，从功率谱域提取出海杂波的特征参数，提高海杂波背景下的目标检测性能。

本发明的技术解决方案是：一种基于功率谱盒维数的海上目标检测方法，该方法包括如下步骤：

(1)、获取海杂波J个距离单元回波的功率谱序列S_j，j∈[1,J]，J为雷达回波的距离单元数；

(2)、对海杂波第j个距离单元回波的功率谱序列S_j进行归一化处理，得到海杂波第j个距离单元回波归一化的功率谱序列S_uj；

(3)、计算海杂波第j个距离单元回波归一化的功率谱序列S_uj的盒维数D_j；

(4)、更新j，重复执行步骤(2)～(4)，得到J个距离单元回波归一化的功率谱序列的盒维数D_j，j＝[1,J]；

(5)、将J个距离单元回波归一化的功率谱序列的盒维数D_j作为统计检验量，设定恒定的虚警概率，根据虚警概率计算目标检测门限，根据目标检测门限完成海上雷达目标检测。

所述步骤(1)包括如下步骤：

(1.1)、获取海杂波第j个距离单元回波时间序列X_j＝{x_kj,k＝1,2,3,...,l}，l是海杂波时间序列的长度；

(1.2)、根据海杂波第j个距离单元回波时间序列X_j，采用周期图法计算序列X_j的功率谱S_j(f)，其对应的离散序列即为海杂波第j个距离单元回波的功率谱序列S_j，S_j(f)表达式为：