[发明专利]一种基于黎曼距离的矩阵CFAR海面目标检测方法

说明书

本发明公开了一种基于黎曼距离的矩阵CFAR海面目标检测方法，包括以下步骤，根据各个距离门接收到的回波计算协方差矩阵；根据黎曼距离的定义，计算参考距离门对应的协方差矩阵的黎曼均值矩阵；计算目标对应的协方差矩阵，得到目标协方差矩阵和黎曼均值的黎曼距离；确定检测门限；将目标协方差矩阵和黎曼均值矩阵的黎曼距离与检测门限值进行比较，若目标黎曼距离大于检测门限值，则判定存在目标，反之，则判定为不存在目标，通过上述技术方案提供的基于黎曼距离的检测算法，实现了在现有海杂波背景下，使雷达目标检测更容易，同时提高了检测的准确率。

技术领域

本发明涉及目标检测技术领域，具体为一种基于黎曼距离的矩阵CFAR海面目标检测方法。

背景技术

雷达的海面目标检测技术广泛应用于军用和民用领域，如对舰船，冰山等的探测与监视。然而受到复杂非均匀非平稳的海杂波环境的影响，目标回波通常十分微弱且统计分布复杂，严重偏离常见统计分布，使得可检测性大大下降，无法达到实际场景下的目标探测需求；同时，在回波脉冲序列较短时，由于频谱扩展而产生的能量泄露，使得经典算法的性能快速下降。信息几何理论是在统计流形上利用微分几何方法来研究信息科学的理论。传统的统计检测只是孤立的研究每一个概率密度函数与其周围临近的概率分布函数间的关系，而未从全局的角度去考虑问题，没有充分利用到统计信息，因此过度依赖于信噪比这项指标。将一组概率分布函数族视作一个整体可以更充分地发掘概率分布族内在的统计信息，而用几何的方法可以直观反映概率分布函数组所蕴含的本质属性。1989年Amari在统计流形上分析了多源统计推断问题，并基于信息几何理论解释了假设检验问题。由于矩阵形式的数据广泛存在于各种信息学问题中，且矩阵易于计算和处理，基于矩阵的信息几何理论近年来得到了快速的发展与应用。Barbaresco于2008年提出了矩阵CFAR检测器，实测数据试验验证了矩阵CFAR的性能。针对非均匀非平稳杂波下的目标检测问题，利用矩阵流形上的不同几何距离或散度的定义，可以得到不同检测性能的矩阵CFAR检测器。常用的几何距离或散度有：Log-Euclidean距离、黎曼距离、KL散度等。但是复杂非均匀杂波及短脉冲序列条件下的目标检测研究依然存在建模复杂、准确率低的问题。因此，亟需设计一种新的技术方案，以综合解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于黎曼距离的矩阵CFAR海面目标检测方法，能够有效地解决现有目标检测方法在复杂非均匀非平稳杂波及短脉冲序列场景下目标检测困难，准确率低下的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于黎曼距离的矩阵CFAR海面目标检测方法，包括以下步骤：

S1、根据各个距离门接收到的雷达回波信号计算协方差矩阵；

S2、基于黎曼距离的定义，计算参考距离门对应的协方差矩阵R和黎曼均值矩阵M；

S3、然后计算目标所对应的协方差矩阵T，得到目标的协方差矩阵T和黎曼均值矩阵M的黎曼距离；

S4、通过蒙特卡洛试验确定检测门限η；

S5、将目标协方差矩阵T和黎曼均值矩阵M的黎曼距离和检测门限η进行比较，若目标的黎曼距离大于检测门限η则判定为目标存在，否则判定为不存在。

优选的，所述S1中参考距离门对应的协方差矩阵R的表达式为：

其中，协方差矩阵R为Hermitian矩阵，雷达回波数据为复样本数据z＝{z₁,z₂,…,z_n}，其中n表示脉冲数据的长度，且z满足复圆高斯分布，z～CN(0,R)，r_k是相关系数，表示复共轭。

优选的，所述S2中黎曼距离为矩阵流形上两个矩阵之间的黎曼距离。

优选的，所述黎曼距离是矩阵流行上满足矩阵流形中测地线性质的几何距离，其表达式为：