[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

说明书

本发明公开了一种基于紧凑天线阵的高频海洋雷达目标检测方法。该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。在同一段时间内，可以接收到两组相干的雷达回波。雷达回波中同时包含有目标、海杂波、零频杂波、噪声等成分，通过对两组雷达回波依次进行主成分分析与提取、小波滤波、自适应门限检测三步操作可以实现目标的高效检测与提取。本方法的优势在于：可以极大地提高目标信噪比和信杂比；对海杂波、零频杂波等连续分布的杂波有较好的抑制效果；在多目标场合下具有较好的检测性能。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种用于接收海面、船舶和低空目标雷达回波的紧凑天线阵，与一种雷达信号增强、杂波抑制以及目标检测的方法，具体为一种基于紧凑天线阵的高频海洋雷达目标检测方法。

背景技术

高频海洋雷达不仅可以实现对海洋表面环境的全天候、大面积、超视距监测，还能对海面舰船及低空目标进行探测。

由于传统的相控天线阵天线数目多、占地面积大、建设和维护成本高，所以单极子/交叉环天线组成的小型化紧凑天线阵以其体积小、易于安装和维护等优点得到了越来越多的关注。主要以美国CODAR公司生产的SeaSonde系统和武汉大学研制的OSMAR-S系统为代表。

高频雷达目标检测通常采用恒虚警率(CFAR)的方法。首先生成雷达距离多普勒谱——RD谱，然后在待检测单元附近选取若干个参考单元来估计噪声水平，并设定具有一定恒虚警率的门限阈值，最后通过比较待检测单元的幅值与门限阈值的大小来判断其是否为目标点。但在实际情况中，若参考单元中含有海杂波、零频杂波，或多个相邻目标点时，会严重影响这种方法的检测性能。尤其在高频段，雷达系统外部干扰较多，噪声水平较高，同样使基于CFAR的检测方法难以获取令人满意的检测结果。海杂波是由海洋表面的后向散射引起的，在RD谱上的分布通常是脊状的，即在距离维上连续带状分布，在多普勒维上有一定的展宽。零频杂波通常是由静止不动的小岛、船只等的回波引起的，通常在较近的某几个固定的距离元上分布。目标信号通常在RD谱上呈零星分布，且不会在距离或多普勒维上有明显的大范围展宽。因此，在目标检测时，应当采取适当的方法抑制杂波的影响，同时增强目标信号的信噪比。

基于紧凑天线阵的高频海洋雷达与传统相控阵天线阵高频雷达还有一些不同。后者可以通过波束形成技术可以将波束宽度集中在很窄的角度范围内，得到的RD图中海杂波多普勒展宽不明显，目标点较少，目标信噪比较大，可以较为容易的检测出目标点。而前者的天线系统本身就具有方向性，其方向图呈“8”字型，且波束宽度很宽，因而得到的RD图中信号来自于多个方向，海杂波多普勒展宽明显，目标点较多，目标信噪比较小，这更加增大了目标检测的难度。目前，对于紧凑天线阵的高频海洋雷达尚无有效的目标检测方法。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明的目的是设计一种新的适用于紧凑阵高频海洋雷达的目标检测方法，本发明采用了两根相同的单极子/交叉环天线组成紧凑天线阵，在同一段时间内可以接收到两组相干的雷达回波信号，通过对两组信号的主成分分析和提取来抑制噪声，提高目标信噪比。然后采用小波滤波的方法，在尺度上抑制杂波并保留目标信号。最后采用自适应门限来检测目标点，实现复杂背景或多目标情况下的目标检测。

本发明的技术方案如下：

一种基于紧凑天线阵的高频海洋雷达目标检测方法，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。