高距離分辨率海雜波背景下目標(biāo)檢測方法.pdf

1、本文主要研究高分辨海雜波背景下的若干目標(biāo)檢測技術(shù)。海雜波中的目標(biāo)檢測一直是重要的研究課題，也是雷達(dá)信號處理中最復(fù)雜的問題之一，在軍事、民用領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。高距離分辨海雜波表現(xiàn)出空時(shí)非平穩(wěn)特性和非高斯特性，這些特性嚴(yán)重影響了海面上空的空中目標(biāo)和海面漂浮目標(biāo)的檢測。
　　 基于實(shí)測IPIX雷達(dá)采集的海雜波數(shù)據(jù)，研究了海面上空的低空目標(biāo)和海表面的漂浮目標(biāo)的檢測算法。針對目前廣泛應(yīng)用在海雜波背景下的自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器，分

2、析了該檢測器的內(nèi)在矛盾，并提出了多種解決方案緩解這一矛盾，主要包括使用距離過采樣樣本、雜波抑制算法、塊自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器和子帶自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器，這些算法均建立在加性模型的基礎(chǔ)上，適用于檢測海面上空的低空目標(biāo)。最后，為了更好地檢測海面漂浮小目標(biāo)，提出了非加性模型下的三特征檢測算法。
　　 本文的主要研究成果可概括為以下五部分：
　　 第一部分，介紹了海雜波的模型，明確了海雜波的空間均勻性，描述了相干檢測算

3、法的發(fā)展歷程，指出了長的積累時(shí)間與有限的參考樣本數(shù)量之間的矛盾是自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器的內(nèi)在矛盾，最后，介紹了IPIX雷達(dá)采集的實(shí)測數(shù)據(jù)，為后續(xù)的研究奠定基礎(chǔ)。
　　 第二部分，研究了自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器在距離過采樣背景下的性能增益。自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器的檢測性能與估計(jì)的協(xié)方差矩陣密切相關(guān)。樣本協(xié)方差矩陣估計(jì)器作為一種最常見的協(xié)方差估計(jì)算法，已經(jīng)在獨(dú)立同分布的高斯參考樣本下有了徹底研究，但是在距離過采樣的樣本情況

4、下卻沒有被研究。現(xiàn)役雷達(dá)系統(tǒng)的接收機(jī)采用距離過采樣技術(shù)，參考樣本在空間上是相關(guān)的。我們參考?xì)庀蠛秃Ｑ罄走_(dá)中的距離過采樣模型，建立了距離過采樣雜波向量的空間相關(guān)模型，分析了樣本協(xié)方差矩陣估計(jì)器的誤差，得出了過采樣增益。過采樣增益是與過采樣因子和雷達(dá)接收機(jī)帶寬密切相關(guān)的。過采樣增益評價(jià)自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器的性能改善。實(shí)測的雷達(dá)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，距離過采樣技術(shù)使得自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器的性能有了顯著的改善。
　　 第三部分，

5、研究了高分辨海雜波背景下的雜波抑制算法和目標(biāo)檢測算法。該內(nèi)容分為兩部分：雜波抑制和目標(biāo)檢測。在雜波抑制部分，利用鄰近的距離單元和鄰近的時(shí)間區(qū)間里的時(shí)間序列計(jì)算功率譜，提出了一個(gè)基于中值的估計(jì)器來估計(jì)高分辨海雜波的功率譜，該估計(jì)器對少量異常變化的時(shí)間序列是穩(wěn)健的?；诠烙?jì)的功率譜，設(shè)計(jì)了一個(gè)塊自適應(yīng)雜波抑制濾波器來抑制積累前的雜波。在目標(biāo)檢測部分，由于濾波后的殘余雜波服從球不變隨機(jī)向量模型，將自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器延伸到殘余雜波中，得

6、到了殘余雜波的自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器。緊接著，注意到高分辨海雜波和殘余雜波的近似平穩(wěn)時(shí)間遠(yuǎn)小于目標(biāo)回波的相干處理時(shí)間，為了積累更多的脈沖，并且同時(shí)提高檢測性能，我們又提出了一個(gè)具有啟發(fā)式的塊自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器。最后，在實(shí)測海雜波背景下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)仿真目標(biāo)不位于強(qiáng)雜波區(qū)時(shí)，自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器和塊自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器在殘余雜波環(huán)境下獲得了更好的檢測性能，鑒于此，提出了雙通道檢測機(jī)制。
　　 第四部分，

7、研究了高分辨海雜波背景下子帶自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器。高距離分辨海雜波的空時(shí)非平穩(wěn)特性限制了自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器的檢測性能，具體表現(xiàn)在：雜波的空間非平穩(wěn)性限制了可獲得的參考空間樣本數(shù)，雜波的時(shí)間非平穩(wěn)性限制了積累時(shí)間。為了解除這個(gè)限制，提出了子帶自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器，它包括一個(gè)DFT調(diào)制濾波器組和緊跟其后的一系列自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器。濾波器組的功能是將接收的時(shí)間序列低速率地分解成子帶時(shí)間序列，它具有如下的優(yōu)點(diǎn)：子帶分

8、解抑制通帶外的雜波和改善雜波的短期平穩(wěn)性。由于子帶雜波具有更好的短期平穩(wěn)性和更低的速率，子帶自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器比自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器擁有更長的積累時(shí)間。實(shí)測的雜波數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示子帶自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器優(yōu)于自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測器。
　　 第五部分，研究了海面漂浮小目標(biāo)的特征檢測算法。海面目標(biāo)改變了周圍海面的散射幾何結(jié)構(gòu)，高分辨雷達(dá)的散射回波不再滿足傳統(tǒng)的加性模型，而是滿足非加性模型。基于這個(gè)非加性模型，我