CN104849707B - 一种基于多雷达分布式检测的海杂波抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多雷达分布式检测的海杂波抑制方法，属于雷达信号处理领域。本发明利用多雷达能量优势、分集优势、异步观测条件下海杂波与目标的相关性差异，实施分布式检测，从而抑制传统单雷达处理海杂波区域时，效果有限、数据率较低、仅适合慢、小目标的缺陷，避免因虚警抑制导致目标检测能力降低，为后续的跟踪录取提供优质的数据。

Description

一种基于多雷达分布式检测的海杂波抑制方法

技术领域

本发明涉及一种基于多雷达分布式检测的海杂波抑制方法，特别是一种利用多雷达能量优势、分集优势、异步观测条件下海杂波与目标的相关性差异，实施分布式检测的方法，属于雷达信号处理领域。

背景技术

海杂波由雷达分辨单元内众多散射体回波矢量叠加而成，受海浪、涌流、风速、天气等环境因素影响，也与雷达工作频率、极化方式、探测距离、分辨率、发射功率、水平波束宽度、擦地角等参数有关。海杂波和杂波中目标的原始雷达信号如图1所示。

对脉宽大于1μs，波束宽度大于1°低分辨率雷达，可认为海杂波为均匀分布，经线性检波后，服从瑞利分布。经平方律检波后，则服从指数分布。

海杂波反射面积与雷达参数有关：

R为杂波距离，c为光速；σ⁰为海杂波反射率，与浪高、雷达视线相对于波的传播方向、波长、极化方式、入射角有关。Ψ为天线中心至杂波的入射角，由天线架高决定。θ为天线波束宽度，τ为脉宽。在雷达整机设计时，重点在于减小波束宽度，选择较窄的脉冲宽度来降低海杂波反射面积。

频率分集、频率捷变对改善海杂波的强相关性有着良好效果。海杂波的频率相关性表示为：

τ为脉宽，f₁、f₂分为探测频率；频率变化大于1/τ时，海杂波基本上不相关。

海杂波分为短时间内的强相关和长时间内的弱相关。海杂波的强相关时间与多普勒频谱成反比：

σ_x为多普勒频谱标准差。以X波段雷达为例，海杂波强相关时间为1到10ms左右。由于海杂波强相关时间小于波束驻留时间，经过频率捷变，短时间强相关的海杂波在脉冲间就变得基本不相关。通过脉间非相干积累，可收获不小的增益。

海杂波长时间弱相关由尖头海浪引起，持续时间为2s左右。一般情况下，天线扫描周期一般大于海杂波相关时间而远小于目标相关时间，通过扫描间积累能消除尖头海浪引起的海杂波干扰。

为克服海杂波功率非线性变化的影响，一般采用GO-CFAR(Great-Of ConstantFalse Alarm Rate，选大恒虚警)检测。与CA-CFAR(Cell-Average Constant False AlarmRate单元平均恒虚警)相比，GO-CFAR在20dB甚至更高阶跃杂波下，虚警概率增加不到1个数量级，而处理损失不超过0.3dB。

通过以上分析，给定单部雷达整机，一般通过频率捷变来去除海杂波的强相关性，脉冲间非相干积累、扫描间积累来改善信杂比，并采用GO-CFAR进行检测。

传统单雷达海杂波虚警抑制的不足在于：仅利用单部雷达的能量和特性，虚警抑制效果有限，如图2所示；同时，目标相关时间与目标速度、天线扫描速度有关，仅适合于慢、小目标。

假设目标速度为30节，距离雷达B公里，天线转速为10秒/转，天线波束为1度，方位分辨率0.088度；脉宽1微秒，距离分辨率60米。相对于低分辨率雷达，小渔船一类的目标无论在方位上还是距离上可视为点目标。在方位上占据量化单元，在距离上占据量化单元。考察单雷达天线扫描1圈后，回波最大移动则目标在距离上可能移动最多量化单元，在方位上可能移动最多量化单元。对于单雷达，天线1圈扫描后，对于快、小目标，存在回波在距离上完全错开的可能，无法起到扫描间积累的效果。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于多雷达分布式检测的海杂波抑制方法，用于克服单一雷达海杂波虚警抑制效果有限、数据率较低、无法适合快、小目标的情况。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于多雷达分布式检测的海杂波抑制方法，其特征在于利用多雷达在相近时间内观测同一区域时，海杂波与目标的相关性差异，通过分布式检测抑制杂波区虚警。具体实施步骤为：

步骤1：对于信号校准、异步独立观测的雷达A和雷达B，分别读入雷达A和雷达B视频信号，并进行分布式检测，包括步骤1-1～步骤1-2：

步骤1-1：对雷达A视频信号并行的进行“与”通道检测和“或”通道检测，存储雷达A“与”通道、“或”通道的检测结果；

步骤1-2：对雷达B视频信号并行的进行“与”通道检测和“或”通道检测，以方位为索引，存储雷达B“与”通道、“或”通道的检测结果；

步骤2：根据雷达A当前视频信号方位，读取雷达B相应视频信号方位的“与”通道检测结果，以及“或”通道检测结果，并进行如下融合操作：

步骤2-1：将步骤1-1中雷达A“与”通道检测结果和步骤1-2中雷达B“与”通道检测结果进行“与”融合；

步骤2-2：将步骤1-1中雷达A“或”通道检测结果和步骤1-2中雷达B“或”通道检测结果进行“或”融合；

步骤2-3：对步骤2-1的融合结果和步骤2-2的融合结果再次实施“或”融合，作为最终的检测结果输出。

步骤1中对雷达A和雷达B视频信号进行“与”通道检测为先对视频信号进行自适应门限CFAR检测，CFAR检测中，通过估计检测单元两侧噪声功率水平，获取自适应门限。视频信号大于门限值时，输出视频信号；否则输出0。再进行固定门限检测。通过统计接收机噪声，并根据系统虚警概率设定固定门限值。当视频信号大于门限值时，输出1；否则输出0。

步骤1中对雷达A和雷达B视频信号进行“或”通道检测为先对视频信号进行自适应门限CFAR检测，CFAR检测中，通过估计检测单元两侧噪声功率水平，获取自适应门限。视频信号大于门限值时，输出视频信号；否则输出0。再进行固定门限检测，通过统计接收机噪声，并根据系统虚警概率设定固定门限值。当视频信号大于门限值时，输出1；否则输出0。

步骤2-1中雷达A“与”通道检测结果和雷达B“与”通道检测结果进行“与”融合是指两部雷达“与”通道检测结果均为1时，融合结果为1，否则融合结果为0。

步骤2-2中雷达A“或”通道检测结果和雷达B“或”通道检测结果进行“或”融合是指两部雷达“或”通道检测结果均为0时，融合结果为0，否则融合结果为1。

有益效果：本方法在传统单雷达海杂波虚警抑制原理和方法的基础上，充分发挥多雷达的能量优势、分集优势，数据优势，提升海杂波虚警抑制的效果。其显著优点是：

(1)利用多雷达的能量优势、分集优势、异步观测特性，进一步降低海杂波的相关性。多部雷达异步扫掠时间差一般满足海杂波弱相关性的相关时间，而目标是强相关的。因此通过分布式检测抑制海杂波，保留有效目标。

(2)多部雷达同时提供观测数据，提高数据率；

(3)延长目标的相关时间。参照前述条件，雷达转速为10秒/转，异步观测时间差为5秒。相应的目标运动速度为30节时，方位上最大移动2量化单元，距离上最大移动2量化单元。此时，回波依然可以相互交错，不至于完全分离。换句话说，上述操作改善了目标相关时间。因此该方法可以适于快、小目标。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是海杂波区目标示意图。

图2是单雷达海杂波抑制效果。

图3是本发明基于多雷达分布式检测系统框图。

图4是本发明实施效果图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于多雷达分布式检测的海杂波抑制方法，多雷达分布式检测时，先实施信号校准。然后分别通道进行分布式检测，并对检测结果进行融合。如图3所示，具体实施步骤是：

对于异步独立观测的雷达A和雷达B，分别读入二者视频信号进行分布式检测：一方面，对雷达A视频信号并行的进行“与”通道检测和“或”通道检测。另一方面，对雷达B视频信号并行的进行“与”通道检测和“或”通道检测。以方位为索引，存储雷达B“与”通道、“或”通道的检测结果。

其中，“与”通道检测是指先对视频信号进行自适应门限CFAR检测，CFAR检测中，求取检测单元两侧视频信号的平均值作为噪声功率水平，从而自适应的获取检测门限。视频信号大于门限值时，输出视频信号；否则输出0。再进行固定门限检测。通过统计接收机噪声，并根据系统虚警概率设定固定门限值。当视频信号大于门限值时，输出1；否则输出0。“或”通道检测是指先对视频信号进行自适应门限CFAR检测，CFAR检测中，求取检测单元两侧视频信号的平均值作为噪声功率水平，从而自适应的获取检测门限。视频信号大于门限值时，输出视频信号；否则输出0。再进行固定门限检测。通过统计接收机噪声，并根据系统虚警概率设定固定门限值。当视频信号大于门限值时，输出1；否则输出0。

根据雷达A当前视频信号方位，读取雷达B相应方位的“与”通道检测结果，以及“或”通道检测结果，并进行如下融合操作：一方面，雷达A“与”通道检测结果和雷达B“与”通道检测结果进行“与”融合；另一方面，雷达A“或”通道检测结果和雷达B“或”通道检测结果进行“或”融合；最后，对两部雷达“与”通道融合结果和“或”通道融合结果再次实施“或”融合，作为最终的检测结果输出。

其中，“与”融合是指两部雷达“与”通道检测结果均为1时，融合结果为1；否则融合结果为0。“或”融合是指两部雷达“或”通道检测结果均为0时，融合结果为0；否则融合结果为1。

具体实施过程中，考虑到CFAR损失，“与”通道的检测门限可以尽量放低一些，让多一些的目标参与到“与”通道融合。但由于部分慢起伏目标信杂比过低，可能导致单部雷达能发现目标，而另一部雷达无法发现目标，从而导致“与”融合时损失部分目标。因此，通过“或”通道进行补偿，即提高检测门限，在遏制虚警的同时，让单部雷达内信噪比较高的目标检测到，且单雷达发现即发现。通过两个通道、两类融合的互补，达到综合的改善效果，如图4所示，图中小圈是杂波中目标的标示。

本发明提供了一种基于多雷达分布式检测的海杂波抑制方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种基于多雷达分布式检测的海杂波抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：对于信号校准、异步独立观测的雷达A和雷达B，分别读入雷达A和雷达B视频信号，并进行分布式检测，包括步骤1-1～步骤1-2：

步骤1-1：对雷达A视频信号并行的进行“与”通道检测和“或”通道检测，存储雷达A“与”通道、“或”通道的检测结果；

步骤1-2：对雷达B视频信号并行的进行“与”通道检测和“或”通道检测，以方位为索引，存储雷达B“与”通道、“或”通道的检测结果；

步骤2：根据雷达A当前视频信号方位，读取雷达B相应视频信号方位的“与”通道检测结果，以及“或”通道检测结果，并进行如下融合操作：

步骤2-1：将步骤1-1雷达A“与”通道检测结果和步骤1-2雷达B“与”通道检测结果进行“与”融合；

步骤2-2：将步骤1-1雷达A“或”通道检测结果和步骤1-2雷达B“或”通道检测结果进行“或”融合；

步骤2-3：对步骤2-1的融合结果和步骤2-2的融合结果再次实施“或”融合，作为最终的检测结果输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于多雷达分布式检测的海杂波抑制方法，其特征在于步骤1中对雷达A和雷达B视频信号进行“与”通道检测为先对视频信号进行自适应门限CFAR检测，视频信号大于门限值时，输出视频信号，否则输出0，再进行固定门限检测，当视频信号大于门限值时，输出1，否则输出0。

3.根据权利要求2所述的一种基于多雷达分布式检测的海杂波抑制方法，其特征在于步骤1中对雷达A和雷达B视频信号进行“或”通道检测为先对视频信号进行自适应门限CFAR检测，视频信号大于门限值时，输出视频信号，否则输出0，再进行固定门限检测，当视频信号大于门限值时，输出1，否则输出0。

4.根据权利要求3所述的一种基于多雷达分布式检测的海杂波抑制方法，其特征在于步骤2-1中雷达A“与”通道检测结果和雷达B“与”通道检测结果进行“与”融合是指两部雷达“与”通道检测结果均为1时，融合结果为1，否则融合结果为0。

5.根据权利要求4所述的一种基于多雷达分布式检测的海杂波抑制方法，其特征在于步骤2-2中雷达A“或”通道检测结果和雷达B“或”通道检测结果进行“或”融合是指两部雷达“或”通道检测结果均为0时，融合结果为0，否则融合结果为1。