海雜波中微弱運(yùn)動(dòng)目標(biāo)自適應(yīng)檢測(cè)方法研究.pdf

1、本文旨在研究高分辨率海雜波背景下的微弱運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)問(wèn)題。作為雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)問(wèn)題重要分支和雷達(dá)信號(hào)處理中最為復(fù)雜的部分，海雜波背景下的目標(biāo)檢測(cè)問(wèn)題在軍事、民用方面具有深遠(yuǎn)的意義。雷達(dá)高分辨率觀測(cè)下，海雜波具有明顯的空時(shí)非平穩(wěn)特性和非高斯特性，這些特性嚴(yán)重影響了海洋環(huán)境中微弱運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)。因而，如何在高分辨率海雜波背景下檢測(cè)微弱運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成為了研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)海雜波研究工作中出現(xiàn)的問(wèn)題，提出相應(yīng)的檢測(cè)方法，其主要內(nèi)容如下:
　　高分辨

2、率海雜波序列中含有一定數(shù)目功率較大的異常單元，這些異常單元會(huì)影響傳統(tǒng)自適應(yīng)匹配濾波檢測(cè)器的檢測(cè)性能。首先，異常單元提升自適應(yīng)匹配濾波檢測(cè)器的檢測(cè)門(mén)限，使得微弱的目標(biāo)無(wú)法被檢測(cè)到;其次，參考單元中含有異常單元時(shí)會(huì)造成采樣協(xié)方差矩陣估計(jì)的奇異性，最終導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不可信。在不減少參考單元數(shù)目的前提下，分別由參考單元數(shù)據(jù)的功率中值估計(jì)雜波功率和歸一化參考單元數(shù)據(jù)估計(jì)協(xié)方差矩陣結(jié)構(gòu)，將二者作乘積運(yùn)算得到所謂的功率中值和歸一化協(xié)方差矩陣估計(jì)方法。當(dāng)

3、該方法用來(lái)估計(jì)匹配濾波檢測(cè)器的雜波協(xié)方差矩陣時(shí)，對(duì)應(yīng)的自適應(yīng)匹配濾波檢測(cè)方法具有漸近的恒虛警特性，并且減弱了異常單元的影響，提升了傳統(tǒng)自適應(yīng)匹配濾波檢測(cè)器的檢測(cè)性能。
　　提出一種用于K分布雜波背景下的依賴于形狀參數(shù)的匹配濾波檢測(cè)器。由于這種檢測(cè)器由單一的參數(shù)α描述（α∈[0，1]），我們稱之為α-MF檢測(cè)器。α-MF檢測(cè)器包含了匹配濾波(MF)檢測(cè)器和歸一化匹配濾波(NMF)檢測(cè)器(分別對(duì)應(yīng)于α=0和α=1)。為了獲得良好的檢測(cè)

4、性能，參數(shù)α的選取務(wù)必匹配雜波的特性。參數(shù)α的經(jīng)驗(yàn)公式可以描述為脈沖累積數(shù)目與脈沖累積數(shù)目和K雜波形狀參數(shù)之和的比值?？梢宰C明，α-MF檢測(cè)器關(guān)于K雜波的尺度參數(shù)，雜波協(xié)方差矩陣和多普勒導(dǎo)向矢量是恒虛警的。文中對(duì)自適應(yīng)形式的α-MF（α-AMF）檢測(cè)器的特性作了討論。對(duì)于K分布雜波，最優(yōu)的α-MF檢測(cè)器的性能優(yōu)于MF檢測(cè)器和NMF檢測(cè)器，并且與K雜波背景下的高代價(jià)運(yùn)算的最優(yōu)K分布檢測(cè)器具有相當(dāng)?shù)臋z測(cè)性能。最后，采用實(shí)測(cè)高分辨率海雜波數(shù)據(jù)

5、驗(yàn)證α-AMF檢測(cè)器的可行性。在相同雜波條件下，采用K分布建模的最優(yōu)α-AMF檢測(cè)器與采用逆Gamma紋理的復(fù)合高斯分布模型建模的自適應(yīng)廣義似然比檢測(cè)線性門(mén)限檢測(cè)器（GLRT-LTD）具有不相上下的檢測(cè)性能。
　　將子帶檢測(cè)方法與逆Gamma紋理下的GLRT-LTD相結(jié)合，構(gòu)造一種新型的子帶自適應(yīng)檢測(cè)方法，該方法通過(guò)增加累積時(shí)間的方式實(shí)現(xiàn)了海雜波背景下的微弱目標(biāo)檢測(cè)，其中，子帶檢測(cè)方法是一種能夠?qū)⒔邮招蛄蟹纸鉃榈退俚淖訋щs波序列的

6、頻率分割方法。為了緩和脈沖累積數(shù)目與受海雜波非均勻性影響的有限的參考單元數(shù)目之間的矛盾，使用子帶濾波器組將原始的海雜波序列分解為低速率的子帶雜波序列。子帶雜波序列呈現(xiàn)出海雜波非高斯特性的多樣性，子帶雜波可以根據(jù)非高斯特性的強(qiáng)弱分為三類:高斯特性的噪聲子帶、非高斯特性的噪聲與雜波混合子帶和強(qiáng)的非高斯特性的雜波子帶。提出逆Gamma紋理的子帶復(fù)合高斯模型，采用該模型描述子帶雜波的統(tǒng)計(jì)特性，并且使用一種稱為雙分位點(diǎn)的參數(shù)估計(jì)方法估計(jì)各個(gè)子帶雜

7、波幅度分布的形狀參數(shù)與尺度參數(shù)。為了優(yōu)化檢測(cè)性能，GLRT-LTD被應(yīng)用到各個(gè)子帶中。采用實(shí)測(cè)海雜波數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)表明，子帶自適應(yīng)GLRT-LTD相比子帶自適應(yīng)歸一化匹配濾波檢測(cè)器具有更好的性能，這歸因于該檢測(cè)器充分利用海雜波的非高斯特性的子帶多樣性。
　　為了檢測(cè)海雜波背景下的微弱運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，相干檢測(cè)器通常需要作長(zhǎng)時(shí)間的累積。然而，長(zhǎng)時(shí)累積條件下的目標(biāo)多普勒頻率的擴(kuò)散和幅度的起伏以及海雜波空間非均勻性對(duì)參考單元數(shù)目的限制導(dǎo)致傳統(tǒng)的自適