[发明专利]一种基于紧凑天线阵的高频海洋雷达目标检测方法

权利要求书

1.一种基于紧凑天线阵的高频海洋雷达目标检测方法，其特征在于：

所述高频海洋雷达的接收天线是由两根相同的单极子交叉环天线组成的紧凑天线阵，在同一时间内可以接收到两组相干的雷达回波信号，通过对两组雷达回波信号依次进行主成分分析，小波滤波，自适应门限检测三步操作实现目标的检测，同时提取目标距离和多普勒信息；

所述紧凑天线阵的两根单极子交叉环天线必须是相同的，即必须保证两根天线具有相同的方向性和增益，且经由两根天线所接收到的雷达回波信号具有相同的噪声水平；两根天线相距为半个雷达工作波长，分别为天线1和天线2，天线1和天线2各包含三个通道，天线1包含通道1、2、3，天线2包含通道4、5、6；其中通道1和通道4代表对应的单极子通道，通道2和5以及通道3和6代表对应的交叉环通道；

包括以下步骤：

步骤1、取同一时段t_i内两根天线中对应通道的雷达回波数据，经过两次傅里叶变换得到结果f_c(r,d)和f_c+3(r,d)，其中c(c＝1,2,3)代表通道号，r代表距离元，d代表多普勒元；

步骤2、根据步骤1的结果，构造样本矩阵P_c(r,d)＝[f_c(r,d),f_c+3(r,d)]^T，然后对样本矩阵进行主成分分析并提取主成分以抑制噪声，得到的结果为

步骤3、根据步骤2的结果，得到时段t_i雷达距离多普勒谱——RD谱，表示为将该RD谱乘以增强因子g(g≥1)以进一步提高信噪比，得到增强后的RD谱，表示为

步骤4、对步骤3得到的RD谱进行距离维的L层小波分解，得到每一层分解后的高频分量D_L和低频分量A_L，然后重构低频分量以得到重构后的RD谱，表示为R′_c，将步骤3中的RD谱R_c减去重构后的RD谱R′_c以消除海杂波和零频杂波，得到含有目标信息的差谱，表示为ΔR_c；

步骤5、设定自适应门限阈值T_i＝μ_i+wσ_i，其中i代表时间段t_i，μ_i和σ_i分别代表ΔR_c中噪声功率的平均值和标准差，w代表门限因子；然后将步骤4得到的ΔR_c(r,d)与T_i相比较，大于门限阈值的点将被检测出，若某一距离多普勒坐标上的点在三个通道的RD谱中被检测出至少两次，则该点被视为目标点，同时提取该点距离和多普勒坐标，经过坐标转换得到真实的目标距离和速度信息。

2.按权利要求1所述的一种基于紧凑天线阵的高频海洋雷达目标检测方法，其特征在于：

所述步骤2中得到的f_c(r,d)和f_c+3(r,d)是对应通道的两次傅里叶变换结果，其中主成分分析具体方法为：求样本矩阵P_c(r,d)的协方差矩阵X_c，并对X_c进行特征值分解，表示为其中e为特征向量，Λ为特征矩阵，提取P_c(r,d)的主成分，表示为其中e_max为对应于最大特征值λ_max的特征向量。

3.按权利要求2所述的一种基于紧凑天线阵的高频海洋雷达目标检测方法，其特征在于：

所述步骤3中乘以增强因子g以弥补信噪比损失；增强因子g的大小满足：g·N_PCA≤N_org，其中N_PCA和N_org分别为步骤3中和R_c的噪声平均功率。

4.按权利要求3所述的一种基于紧凑天线阵的高频海洋雷达目标检测方法，其特征在于：

所述步骤4中，海杂波和零频杂波在距离维是连续分布的，小波分解与重构仅在距离维进行，小波分解中小波母函数采用常用小波函数，选择分解和重构的层数时，应保证处理后的海杂波尽可能地被抑制，目标信号尽可能地被保留，优选为4-6层。

5.按权利要求4所述的一种基于紧凑天线阵的高频海洋雷达目标检测方法，其特征在于：

所述步骤5中，门限因子w为设定值，w的值应使得目标被检出而噪声不能被检出，可通过一段时间雷达数据的预处理得到，通常取2-4。