[发明专利]一种利用时频分析和恒虚警技术的高频雷达目标联合检测方法

说明书

本发明提供了一种利用时频分析和恒虚警技术的高频雷达目标联合检测方法，首先对雷达回波信号进行预处理方便提取时频脊。预处理过程是首先对雷达回波信号进行时频表示，之后进行二值化处理，接着对二值图像进行垂直投影，并确定大致的时频脊提取区域，之后提取时频脊。得到时频脊之后，利用CFAR检测器对时频脊上的时频点进行第一级检测，判断时频脊上的时频点是否为目标点，接着累积目标点数目，进行第二级检测，如果累积数达到二元积累算法设定的第二个阈值则判定该时频脊为船只目标。通过实际雷达数据和AIS信息进行验证，在相同虚警率条件下，将TF‑CFAR和CFAR方法匹配到的船只目标取并集可以大幅度提高雷达目标匹配数量，进而提高雷达目标检测概率。

技术领域

本发明涉及高频地波雷达海上目标技术领域，具体涉及一种利用时频分析和恒虚警技术的高频雷达目标联合检测方法。

背景技术

海洋在给我们带来丰富资源的同时，也带来了海洋监控方面的巨大挑战。海洋监控的一个重要组成部分就是海上舰船的监测。高频地波雷达利用高频段(3～15MHz)垂直极化电磁波沿海面绕射传播衰减小的特点，能够对海上移动目标进行超视距探测。紧凑型高频地波雷达接收到的回波信号中，除了信号成分之外，还夹杂着海杂波和干扰信号，造成接收目标信号的信噪比较低对传统峰值检测和恒虚警(CFAR)技术带来了很大的挑战。

传统的恒虚警技术通常在距离多普勒谱上对船只信号进行检测，其中运动目标的多普勒信息和背景杂波是影响目标检测的两个关键因素。在频域，杂波和干扰叠加在船只信号的谱峰上会降低雷达目标检测概率。

本申请发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术的方法，至少存在如下技术问题：

为了检测船只目标，高频地波雷达回波信号进行了长时间的相干积累，导致部分目标多普勒谱发生分裂和展宽，造成雷达目标检测概率降低。

发明内容

本发明提出一种利用时频分析和恒虚警技术的高频雷达目标联合检测方法，用于解决或者至少部分解决现有技术的方法中雷达目标检测概率不高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用时频分析和恒虚警技术的高频雷达目标联合检测方法，包括：

S1：选择预设时间内的雷达回波数据，统计正负一阶峰之间的海杂波，得到海杂波概率密度分布函数，并利用威布尔函数对海杂波数据进行拟合得到威布尔分布函数的形状因子，其中，雷达回波数据的维度为一维；

S2：利用时频分析方法将一维的雷达回波数据转换为二维时频图；

S3：基于二值化阈值对二维时频图进行二值化操作，其中，二值化阈值采用图像分割中的三角算法求得；

S4：对二值化操作后的图形沿着时间轴进行垂直投影，得到投影曲线，根据投影曲线的平均值和峰值确定时频脊提取的可能区域，并利用贪婪搜索算法在可能区域提取一条时频脊线；

S5：沿时频脊进行等间隔采样，利用恒虚警检测器判断采样时频点是否为真目标点，并对为真目标点的时频点进行累积，其中，大于恒虚警检测器判决阈值的时频点为真目标点，恒虚警检测器判决阈值基于威布尔分布函数的形状因子和背景杂波的总体估计计算获得；

S6：利用时频恒虚警方法判断时频点累积的数目是否大于等于预先设定的阈值，如果是，则判定该时频脊为船只信号，表示检测到雷达目标；

S7：将利用恒虚警方法检测到的雷达目标与AIS记录的船只信息进行匹配，得到第一雷达目标集合，将利用时频恒虚警检测到的雷达目标与AIS记录的船只信息进行匹配，得到第二雷达目标集合，再将第一雷达目标集合与第二雷达目标集合取并集，得到联合检测结果。

在一种实施方式中，S2中采用基于短时傅里叶变换的信号后处理工具-同步挤压变换的时频分析方法。

在一种实施方式中，S5具体包括：