海面小目标多帧联合检测方法研究

发布时间：2020-07-24 01:07

【摘要】：随着电子信息技术的发展,利用雷达对海面目标进行检测的技术已经日趋成熟。对于传统舰艇和渔船等目标现有的检测方法已经能够取得良好的检测效果。但海面小目标的检测依然是雷达信号处理领域的难题之一。海面小目标通常具有以下特点:第一,雷达散射截面积小,如潜望镜、小型浮标,第二,不规律的目标出现持续时间,例如潜艇的潜望镜、通气孔、通信浮标等浮出海面的时间有时仅持续数秒,第三,不稳定的多普勒特性,海面小目标运动较慢并且与海浪之间的复杂相互作用使得其多普勒随时间变化的模式复杂。同时在高分辨对海探测模式下,会出现大量与小目标特性类似的海尖峰,海尖峰在短的观测时间内很难与小目标进行区分。以上诸多因素使得有效地检测海杂波背景下的小目标成为一个长久的难题。本文研究的问题就是在高分辨、快扫描的雷达工作模式下利用多个扫描周期内目标与海杂波、海尖峰之间的差异进行有效目标检测的方法和算法。本论文主要研究内容概括如下:第二章中首先回顾了其中三类传统的、应用广泛的海面目标检测方法,包括非相干的CFAR检测方法、基于广义Pareto海杂波模型的最优相干检测方法、和基于特征的检测方法。非相干CFAR处理计算简便、适用性强,但小目标检测能力有限,基于海杂波统计模型的最优相干检测方法精细化处理程度高、对运动目标检测性能好,但累积时间有限因而难以分辨海尖峰和小目标回波,基于特征的检测方法是海面小目标检测的有效途径,但累积时间长,应用受到一定限制。第三章针对高分辨快扫描模式下的雷达实测数据,对海杂波特性、海尖峰、海面小目标特性进行了分析。在对大量实测海杂波数据行进行分析的基础上,选择广义Pareto杂波模型对高分辨的海杂波进行建模,并分析了海杂波在时间、空间上的相关性。随后对海尖峰和目标特性进行了详细的讨论。重点阐述了海尖峰与目标在多普勒特性、空时相关性上的区别。在上述分析的基础上,给出了多帧(扫描周期)联合小目标检测的实现框架。第四章所详述的小目标检测框架主要分为两个部分:第一,扫描周期内的处理,在分析实测海杂波数据的基础上,利用传统检测方法,在较低的门限下对目标进行粗检测。其主要目的是在保证目标的有效检测的情况下,暂时忽略在扫描周期内出现的大量海尖峰造成的虚警。第二,多帧(扫描周期)处理采用回溯滤波器组的多帧累积方法对扫描周期内无法处理的海尖峰虚警进行抑制。回溯滤波器组利用海尖峰与小目标扫描间运动特性上的不同,实现了目标点迹的有效累积,同时阻止了海尖峰虚警的累积。最后利用仿真数据与实测数据对所提检测方法进行了性能评估。第五章是论文工作的总结和对未来开展研究的展望。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN957.51
【图文】：

西安电子科技大学硕士学位论文本文所研究的主要问题为对海的海面弱、慢、小目标检测。我国作为一个海领海广阔，北起辽东半岛，南至南沙群岛，渤黄东南四大海域为人民生产生富的物资以及重要防卫战略意义。历史是古人给我们留下的财富，海洋的重自不必说，犯我中华者虽远必诛，海洋是国土守卫，人民安居乐业的屏障！

出目标的信息。同时分辨单元内部的杂波也会产生散射，最终形成对海雷达检测的杂波背景。研究海杂波的学者从物理散射机理上将海杂波分为三个部分[14-17]，首先是白冠(White Cap) 散射，白冠散射主要是指在一个涌浪生成周期末端产生的白色破碎浪花，它是海杂波中的不稳定分量，从形态上看破碎的泡沫状对电磁波有一定的吸收作用；Burst 散射是海杂波分量中对检测影响最大的部分，当涌浪破碎前会形成一个斜劈结构，电磁波照射在其上时会发生较强的镜面散射，极强的后向散射以及多径效应使得某些杂波分量在统计上与小目标并无二致；Bragg 散射则是照射到海表面的毛细结构的谐振现象产生，其是海杂波中最为稳定的分量，但是对与目标检测的影响相对偏小。图 2.1 为海杂波三分量散射模型的示意图。三分量模型有一种物理调制的概念在其中，Bragg 相当于高频的载频信号，是海杂波能够稳定存在的源泉，也是后续分析统计模型中的普通杂波分量的物理存在；而 Burst 散射则是相对低频的信息，其中含有杂波的宏观信息，像是包络也是人类肉眼最容易观测到的部分，并对杂波背景下的目标检测产生很大的影响。三分量模型是从物理散射机理上对海杂波的描述，更多的是为目标检测理论做物理上的支撑，实际检测方法并没有依据此模型进行设计。

西安电子科技大学硕士学位论文1 非相干 CFAR 处理2.1.1 CFAR 基本原理CFAR 是雷达信号目标检测技术中应用广泛的思想[18-21]。恒虚警的概念是指雷算法通过场景或参数自适应的算法保持一个恒定的虚警概率。自适应的门限设通常依据参考单元特性或者杂波参数特性进行感知进而确定自适应的门限。恒测器是应用最为广泛的雷达信号处理目标检测方法。CFAR 检测的基本原理图

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本文编号：2768089