[发明专利]一种基于区域相似性的在线雷达目标检测方法

摘要

本发明提出了一种基于区域相似性的在线雷达目标检测方法，解决了现有方法在非均匀杂波区域，杂波边缘处或者两种强弱杂波交界处等复杂杂波背景下对目标的检测性能差的问题。实现步骤包括：获取第0帧回波中各分辨单元与不同目标导向矢量的相关系数矩阵；利用相关系数矩阵去除第0帧回波中的疑似目标；对第0帧不含疑似目标的回波数据的多普勒谱进行K均值聚类；去除雷达新接收到的回波中的疑似目标；对聚类结果中分辨单元的类别标号进行在线更新；对雷达新接收到进行预处理；获取过渡参考单元样本并对其进行扩充；计算检测统计量和门限阈值a；对待检测数据x^D进行检测。本发明提高了待检测单元的检测统计量的估计精度，进而提高了检测性能。

主权项

1.一种基于区域相似性的在线雷达目标检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取第0帧回波中各分辨单元与不同目标导向矢量的相关系数矩阵(ρ_ij)_n·m：(1a)将雷达当前时刻收到的数据记为第0帧回波x(0)，并以一个相干处理CPI时间内的脉冲数为间隔，对第0帧回波x(0)进行划分，得到n个分辨单元x₁(0),...x_i(0),...x_n(0)，其中x_i(0)表示第0帧回波中第i个分辨单元；(1b)设定m个目标参考速度v₁,...v_j,...v_m，并根据雷达参数计算m个目标参考速度对应的目标导向矢量，得到m个目标导向矢量s₁(v₁,ω),...s_j(v_j,ω),...s_m(v_m,ω)，其中s_j(v_j,ω)表示第j个目标导向矢量，v_j表示第j个目标参考速度；(1c)计算n个分辨单元和m个目标导向矢量的相关系数，得到相关系数矩阵(ρ_ij)_n·m，其中ρ_ij表示第i个分辨单元x_i(0)与第j个目标导向矢量s_j(v_j,ω)的相关系数；(2)利用相关系数矩阵(ρ_ij)_n·m去除第0帧回波中的疑似目标：(2a)设定门限thr，将相关系数矩阵(ρ_ij)_n·m中的各相关系数ρ_ij与thr进行比较，并将ρ_ij≥thr的相关系数对应的分辨单元记作x_pick，将ρ_ij＜thr的相关系数对应的分辨单元记作x_rem；(2b)去除x_pick中的目标信号分量，得到不含疑似目标的分辨单元x′_pick，并将x′_pick和x_rem组合成第0帧不含疑似目标的回波x′(0)；(3)对第0帧不含疑似目标的回波数据x′(0)的多普勒谱进行K均值聚类：(3a)对第0帧不含疑似目标的回波数据x′(0)进行傅里叶变换，得到x'(0)的频域数据，并对x'(0)的频域数据的幅度值求自然对数或取指数，得到第0帧不含疑似目标的回波数据x′(0)的多普勒谱x^FFT(0)；(3b)对x^FFT(0)进行K均值聚类，得到n个分辨单元类别标号l₁,...l_i,...l_n，及K类均值μ₁,...μ_k,...μ_K和方差Σ₁,...Σ_k,...Σ_K，并保存聚类结果；(3c)从x′(0)中选出相同类别标号的分辨单元，构成独立同分布的杂波区域，并将相同分布的杂波区域组成相似杂波区域；(4)去除雷达新接收到的回波中的疑似目标：将雷达新接收到的回波记为第t帧回波x(t)，用第t帧回波x(t)替换步骤(1)到(2)中的第0帧回波x(0)，并执行步骤(1)到(2)，得到第t帧不含疑似目标的回波x′(t)；(5)对步骤(3)聚类结果中的n个分辨单元类别标号l₁,...l_i,...l_n进行在线更新：利用步骤(3)中的K类均值μ₁,...μ_k,...μ_K和方差Σ₁,...Σ_k,...Σ_K，判别x′(t)的每个分辨单元的类别，并利用判别结果对步骤(3)聚类结果中每个分辨单元的类别标号进行在线更新，得到n个分辨单元新的类别标号l′₁,...l′_i,...l′_n，其中：判别x′(t)的每个分辨单元的类别的方法为：其中，x_i表示x′(t)中第i个分辨单元，d_ik前一项log(|Σ_k|)在每一类中为常数项，后一项称为马氏距离，c_i指判别后x_i的类别；对步骤(3)聚类结果中每个分辨单元的类别标号进行在线更新的方法为：对于雷达每次新接收的回波，都要先判新接收回波每个分辨单元的类别，再利用判别结果对聚类结果中每个分辨单元的类别标号进行更新，每接收一次回波，更新一次类别标号；(6)对雷达新接收到的第t帧回波x(t)进行预处理：对雷达新接收到的第t帧回波x(t)进行MTI滤波，得到不含静止地物杂波的第t帧回波x^D，并将其作为待检测数据，待检测数据中将要被检测的分辨单元称为当前待检测单元；(7)获取过渡参考单元样本并用相似杂波区域对其进行扩充：(7a)从待检测数据x^D中选取与当前待检测单元邻近的P个分辨单元作为当前待检测单元的初始参考单元样本；(7b)根据n个分辨单元新的类别标号l′₁,...l′_i,...l′_n，判断初始参考单元样本中的每个分辨单元与当前待检测单元的类别标号是否相同，并删除初始参考单元样本中与当前待检测单元类别标号不同的分辨单元，得到当前待检测单元的过渡参考单元样本，将删除的分辨单元的数量记为P′；(7c)从相似杂波区域中选取与当前待检测单元相同类别标号且数量大于等于P′的分辨单元，并通过该分辨单元对删除后的参考单元样本进行样本扩充，得到当前待检测单元的参考单元样本；(8)计算检测统计量和门限阈值α：(8a)根据当前待检单元的参考单元样本估计当前待检测单元的杂波协方差矩阵(8b)根据协方差矩阵和待检测数据x^D，计算当前待检测单元的检测统计量；(8c)设定虚警概率，并根据设定的虚警概率和步骤(7)中选取的参考单元样本的个数，通过Monte‑Carlo实验得到门限阈值α；(9)对待检测数据x^D进行检测：比较待检测数据x^D中当前待检测单元的检测统计量与门限阈值α的大小，若当前待检单元的检测统计量大于等于门限阈值α，将当前待检单元标记为1，即为检测到目标，否则标记为0，即未能检测到目标。