窄帶、寬帶雷達(dá)機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、窄帶、寬帶雷達(dá)體制下的機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)一直是雷達(dá)檢測(cè)領(lǐng)域中的難點(diǎn)問題,現(xiàn)已成為雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。窄帶雷達(dá)體制下,雷達(dá)距離分辨單元很長(zhǎng)。因此,在相干處理時(shí)間內(nèi)目標(biāo)沒有跨距離單元走動(dòng)。長(zhǎng)的相干處理時(shí)間對(duì)于噪聲或者雜波中的雷達(dá)弱目標(biāo)檢測(cè)是有意義的,但是長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)中目標(biāo)不可避免地會(huì)發(fā)生機(jī)動(dòng)。目標(biāo)的機(jī)動(dòng)使得目標(biāo)雷達(dá)回波的相位歷史變得非常復(fù)雜,在這種情況下傳統(tǒng)的傅里葉分析不能很好地有效積累目標(biāo)回波。在本論文的工作中,分?jǐn)?shù)階傅里葉變換被用來有效

2、地積累相位歷史較為復(fù)雜的目標(biāo)回波,并獲得較好的檢測(cè)性能。
　　 在寬帶雷達(dá)體制下,雷達(dá)有著較高的距離分辨能力。因此,窄帶情況下的“點(diǎn)目標(biāo)”模型不適用于寬帶情況。寬帶雷達(dá)體制下,目標(biāo)被分辨成多個(gè)散射單元。因此,該目標(biāo)檢測(cè)被稱為距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測(cè)。目標(biāo)的機(jī)動(dòng)使得目標(biāo)在不同的回波脈沖間會(huì)不可避免地出現(xiàn)跨距離單元走動(dòng),并且由于目標(biāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)和目標(biāo)散射點(diǎn)的重組,使得目標(biāo)在不同距離單元上的回波相位變得雜亂無章,很難建模。由于回波模型的缺失,本論文

3、關(guān)于寬帶機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的研究主要集中在多脈沖距離像的特征檢測(cè)上,提出了一系列實(shí)際有效的寬帶距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測(cè)器。
　　 本論文主要內(nèi)容可概括為如下五部分:
　　 第一部分,我們簡(jiǎn)單介紹了窄帶機(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)目前面臨的問題,回顧了目前解決該問題的一些方法。然后,根據(jù)目前檢測(cè)方法存在的問題,我們基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換、圖像域去噪方法以及雙特征檢測(cè)器提出了一種在強(qiáng)噪聲背景下微弱目標(biāo)的非參數(shù)化檢測(cè)方法。該方法將信號(hào)通過接連分?jǐn)?shù)階傅里葉變換

4、進(jìn)行二維灰度圖像表示,并利用硬閾值濾波和多重中值濾波在濾除噪聲的同時(shí)保留信號(hào)特征,最后提取濾噪后的幅度圖像上的強(qiáng)像素點(diǎn)面積以及幅度峰值這兩個(gè)特征來進(jìn)行檢測(cè),進(jìn)而提出了基于雙特征的非參數(shù)化目標(biāo)檢測(cè)方案。對(duì)于各種典型的窄帶機(jī)動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,提出的檢測(cè)方案是有效的,與傳統(tǒng)的檢測(cè)方案相比有著更好的檢測(cè)性能,并且具有更好的穩(wěn)健性。
　　 第二部分,我們給出了高斯白噪聲背景下檢測(cè)距離擴(kuò)展目標(biāo)的一種特征檢測(cè)方法。本章提出的檢測(cè)方

5、案是關(guān)于距離擴(kuò)展目標(biāo)的通用檢測(cè)框架。該檢測(cè)方法利用兩個(gè)接連的混頻器輸出的Wigner-Ville分布(WVD)的幾何特征。在該檢測(cè)方法中,互時(shí)頻分布操作被用于凸顯目標(biāo)回波的時(shí)頻特征。兩個(gè)簡(jiǎn)單的圖像處理工具(門限操作和形態(tài)學(xué)濾波)被用來提取對(duì)應(yīng)于目標(biāo)的時(shí)頻結(jié)構(gòu)。本方法適用于目標(biāo)發(fā)生距離走動(dòng)的情況,并且對(duì)目標(biāo)的如散射密度、目標(biāo)類型以及高斯噪聲的能量水平等先驗(yàn)信息沒有特殊的要求。由于結(jié)合了能量信息和目標(biāo)回波的特殊時(shí)頻結(jié)構(gòu)信息,提出的方法獲得了

6、很好的檢測(cè)性能。
　　 第三部分,我們提出了在高斯白噪聲背景下利用多脈沖距離像檢測(cè)距離擴(kuò)展目標(biāo)的修正互相關(guān)矩陣(MCOM)檢測(cè)器。它由用于噪聲抑制的sigmoid型收縮映射和精煉距離像的互相關(guān)積累組成?；谀繕?biāo)高分辨距離像的強(qiáng)散射單元是稀疏的這一事實(shí),我們?cè)O(shè)計(jì)了非線性收縮映射來精煉接收的高分辨距離像。通過該映射,接收距離像中的大部分噪聲點(diǎn)得以去除,而與目標(biāo)特性有關(guān)的強(qiáng)散射單元得以保留。因?yàn)槌司嚯x走動(dòng)之外目標(biāo)的散射幾何幾乎保持不

7、變,所以從連續(xù)脈沖中得到的精煉目標(biāo)距離像是高度相似的,而噪聲的隨機(jī)性使得精煉的噪聲距離像是不相似的。多脈沖精煉距離像的修正互相關(guān)矩陣被用來測(cè)量它們的相似性。我們構(gòu)造修正互相關(guān)矩陣的所有元素的加權(quán)積累來作為檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量,從而進(jìn)行檢測(cè)。提出的檢測(cè)器不依賴于嚴(yán)格的目標(biāo)回波模型,并且可以應(yīng)用在較為寬泛的情況下。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和仿真的噪聲數(shù)據(jù)被用來評(píng)估提出的距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測(cè)器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:與現(xiàn)有的檢測(cè)方法相比,該方法獲得了更好的目標(biāo)檢測(cè)性能。
　

8、　 第四部分,我們提出了一種新的在高斯白噪聲背景下的機(jī)動(dòng)距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測(cè)器。它由用于噪聲抑制的二維非線性收縮映射和幾何平均積累組成。多個(gè)脈沖得到的距離像通過排序構(gòu)成一個(gè)二維距離脈沖圖像?；谠搱D像的局部統(tǒng)計(jì)特征,我們?cè)O(shè)計(jì)了一族有效的二維非線性收縮映射來抑制噪聲并保留信號(hào)回波。濾波后的多脈沖精煉距離像的幾何平均積累構(gòu)成了該檢測(cè)器的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量。該檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量反映了目標(biāo)距離像在波形上的相關(guān)性以及噪聲精煉距離像的非零散射單元的稀疏性及位置隨機(jī)性

9、。理論分析和基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)表明,該檢測(cè)器對(duì)白噪聲背景下的空中機(jī)動(dòng)飛行的距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測(cè)是非常有效的。
　　 第五部分,我們提出了一種基于波形交叉熵(waveform cross entropy,WCEN)的檢測(cè)器在均勻氣象雜波背景下檢測(cè)高速飛行的機(jī)動(dòng)目標(biāo)。該檢測(cè)器的輸入由觀測(cè)窗口中的一連串相參脈沖得到的復(fù)高分辨距離像構(gòu)成。觀測(cè)窗口包含了一個(gè)檢測(cè)窗口和包圍著該檢測(cè)窗口的參考距離單元,并且該參考距離單元中的接收數(shù)據(jù)構(gòu)成了僅含有雜

10、波數(shù)據(jù)的次要數(shù)據(jù)。該檢測(cè)器包含了一個(gè)沿著脈沖維的近似慢時(shí)間白化濾波器和一個(gè)在距離維基于WCEN的檢測(cè)器。前者在每個(gè)接收數(shù)據(jù)的距離單元維進(jìn)行操作,從而對(duì)雜波進(jìn)行白化并增強(qiáng)目標(biāo)的回波。接著,每對(duì)濾波后的高分辨距離像的WCEN挖掘了目標(biāo)高分辨距離像的三個(gè)內(nèi)在的特征:稀疏性、相似性和能量特征。每對(duì)高分辨距離像的WCEN的平均被用來作為檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量來判決目標(biāo)是否存在。基于從一部高分辨雷達(dá)獲得的實(shí)測(cè)目標(biāo)數(shù)據(jù)和仿真氣象雜波數(shù)據(jù),我們完整地評(píng)估了基于WC