CN106199548A - 基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，思路为：分别获取检测单元N维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度和第p个参考单元中N'维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度，进而分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱；然后分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对P个参考单元的多普勒谱峰高和P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高；获取检测单元N维接收向量的组合特征和参考单元N'维接收向量的组合特征，计算检测单元N维接收向量的检测统计量；若所述检测统计量大于零，说明检测单元中存在海面漂浮微弱雷达目标。

Description

基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法

技术领域

本发明属于雷达目标检测技术领域，特别涉及一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，适用于海杂波背景下海面漂浮微弱雷达目标的检测。

背景技术

监测海面低速或漂浮的微弱雷达目标，例如浮标、残碎冰山、小船、浮板等，是海面监测雷达的重要任务之一，其中海杂波的性质随着雷达参数、雷达的观察几何以及海面状况的变化而变化；当高分辨率雷达工作在小擦地角的情况下时，雷达接收机接收的回波信号中海面漂浮微弱雷达目标的回波信号太微弱，无法通过简单的能量积累来检测。

传统的基于海杂波统计模型的检测方法被广泛使用于海杂波背景下移动雷达目标的检测；当高分辨率雷达工作在小擦地角的情况下时，海杂波统计模型不再满足高斯分布，一些非高斯分布(如Weibull分布、对数正态分布、K分布以及其他一些复合非高斯分布)被用来描述高分辨率雷达工作在小擦地角时的海杂波特性；相应地，各种自适应检测器被提出来，例如，广义似然比检验器、自适应匹配滤波器和自适应归一化匹配滤波器能够良好工作的前提是：海杂波和雷达目标的回波信号在多普勒域是完全分离的，但是这些检测器对于海洋漂浮微弱雷达目标的检测性能较差。

基于预测误差假设检验的非线性预测器只能用来解释检测接收到的时间序列异常行为，因为它的前提是：海杂波时间序列是无序的，但这个前提被证明是不成立的；随后，基于雷达回波信号能量特征的雷达目标检测方法被提出，但由于该基于雷达回波信号能量特征的雷达目标检测方法所用的信息均为全极化雷达单一极化通道提取的信息，未能充分地利用全极化雷达各通道信息，也未将全极化雷达各个极化通道信息融合联合使用，所以对于海面漂浮微弱雷达目标检测很难获得较好的效果。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，该种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法利用雷达回波提取雷达目标和海杂波的四个极化通道融合特征，并且针对海面漂浮微弱目标能够获得更好地雷达检测性能。

为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，包括以下步骤：

步骤1，确定全极化雷达，所述全极化雷达包含雷达发射机和雷达接收机，雷达发射机发射脉冲信号，雷达接收机接收所述脉冲信号经过海面散射形成的雷达回波；所述脉冲信号照射雷达检测区域，且脉冲信号照射的雷达检测区域由包含海面漂浮微弱雷达目标的检测单元与没有包含海面漂浮微弱雷达目标的参考单元组成，雷达接收机接收到的将包含海面漂浮微弱雷达目标的检测单元反射的脉冲信号作为检测单元的接收向量，将没有包含海面漂浮微弱雷达目标的参考单元反射的脉冲信号，作为参考单元的接收向量；然后，根据所述雷达回波，分别构建第一模型H₀：假设所述雷达回波中检测单元的接收向量和参考单元的接收向量仅有杂波存在，以及第二模型H₁：假设所述雷达回波中检测单元的接收向量和参考单元的接收向量同时存在杂波和海面漂浮微弱雷达目标；

步骤2，根据第一模型H₀和第二模型H₁，分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度和第p个参考单元中N'维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度，进而分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的平均回波幅度和第p个参考单元中N'维接收向量的四个极化通道融合的平均回波幅度，然后分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度和P个参考单元接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度；其中，N表示检测单元的接收向量的最大维数，P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，N'表示每个参考单元的接收向量的最大维数；

步骤3，根据第一模型H₀和第二模型H₁，分别计算得到检测单元N维接收向量的四个极化通道的多普勒谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的多普勒谱，进而分别计算得到检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱；其中，N表示检测单元的接收向量的最大维数，p∈{1,2,…,P}，P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，N'表示每个参考单元的接收向量的最大维数；

步骤4，根据检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱，分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对P个参考单元的多普勒谱峰高和P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高，进而分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵和P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵；

步骤5，将检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度、检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对P个参考单元的多普勒谱峰高和检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵，作为检测单元N维接收向量的组合特征，将P个参考单元接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度、P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高和P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵，作为参考单元N'维接收向量的组合特征；

步骤6，根据检测单元N维接收向量的组合特征和参考单元N'维接收向量的组合特征，计算检测单元N维接收向量的检测统计量；

步骤7，根据检测单元N维接收向量的检测统计量，判断检测单元中是否存在目标：如果检测单元N维接收向量的检测统计量大于零，判定检测单元中存在海面漂浮微弱雷达目标。

本发明的有益效果为：

第一，本发明利用了全极化雷达回波数据的四通道极化信息，与现有的基于单一能量信息的检测器相比，具有更好地目标检测性能；

第二，本发明利用了全极化雷达回波数据的极化信息提取雷达目标和海杂波的四个极化通道融合特征，在较短的观测时间内，能够获得更好的目标检测性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明的一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法流程图；

图2是使用本发明方法和现有方法对观测时间为0.512秒时的实测海杂波数据在不同虚警概率下的检测效果对比图；其中，横坐标为虚警概率，纵坐标为检测概率。

具体实施方式

参照图1，为本发明的一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，所述基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，包括以下步骤：

步骤1，确定全极化雷达，所述全极化雷达包含雷达发射机和雷达接收机，雷达发射机发射脉冲信号，雷达接收机接收所述脉冲信号经过海面散射形成的雷达回波；所述脉冲信号照射雷达检测区域，且脉冲信号照射的雷达检测区域由包含海面漂浮微弱雷达目标的检测单元与没有包含海面漂浮微弱雷达目标的参考单元组成，雷达接收机接收到的将包含海面漂浮微弱雷达目标的检测单元反射的脉冲信号作为检测单元的接收向量，将没有包含海面漂浮微弱雷达目标的参考单元反射的脉冲信号，作为参考单元的接收向量；然后，根据所述雷达回波，分别构建第一模型H₀：假设所述雷达回波中检测单元的接收向量和参考单元的接收向量仅有杂波存在，以及第二模型H₁：假设所述雷达回波中检测单元的接收向量和参考单元的接收向量同时存在杂波和海面漂浮微弱雷达目标。

具体地，确定全极化雷达，所述全极化雷达包含雷达发射机和雷达接收机，雷达发射机发射脉冲信号，雷达接收机接收所述脉冲信号经过海面散射形成的雷达回波，所述脉冲信号照射雷达检测区域，且脉冲信号照射的雷达检测区域由包含海面漂浮微弱雷达目标的检测单元与没有包含海面漂浮微弱雷达目标的参考单元组成，雷达接收机接收到的将包含海面漂浮微弱雷达目标的检测单元反射的脉冲信号作为检测单元的接收向量，将没有包含海面漂浮微弱雷达目标的参考单元反射的脉冲信号，作为参考单元的接收向量。

然后，根据所述雷达回波，分别构建第一模型H₀：假设所述雷达回波中检测单元的接收向量和参考单元的接收向量仅有杂波存在，以及第二模型H₁：假设所述雷达回波中检测单元的接收向量和参考单元的接收向量同时存在杂波和海面漂浮微弱雷达目标；所述第一模型H₀和所述第二模型H₁，其表达式分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{H}_0:\left\{\begin{array}{c}x\left(n\right)=c\left(n\right)\\ x_p\left(n^{\′}\right)=c_p\left(n^{\′}\right)\end{array}\right.\\ H_1:\left\{\begin{array}{c}x\left(n\right)=s\left(n\right)+c\left(n\right)\\ x_p\left(n^{\′}\right)=c_p\left(n^{\′}\right)\end{array}\right.\end{array}\right.$

其中，n∈{1,2,…,N}，n'∈{1,2,…,N'}，p∈{1,2,…,P}，x(n)表示检测单元第n维的接收向量，x_p(n')表示第p个参考单元中第n'维的接收向量，c(n)表示检测单元第n维的海杂波向量，c_p(n')表示第p个参考单元中第n'维的海杂波向量，n表示检测单元的接收向量的维数索引，n'表示参考单元的接收向量的维数索引，N表示检测单元的接收向量的最大维数，P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，N'表示每个参考单元的接收向量的最大维数。

检测单元第n维的接收向量x(n)包含四个极化通道，分别为第n维HH极化通道的接收向量x_HH(n)、第n维VV极化通道的接收向量x_VV(n)、第n维HV极化通道的接收向量x_HV(n)和第n维VH极化通道的接收向量x_VH(n)。

第p个参考单元中第n'维的接收向量x_p(n')包含四个极化通道，分别为第p个参考单元中第n'维HH极化通道的接收向量第p个参考单元中第n'维VV极化通道的接收向量第p个参考单元中第n'维HV极化通道的接收向量和第p个参考单元中第n'维VH极化通道的接收向量

步骤2，根据第一模型H₀和第二模型H₁，分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度和第p个参考单元中N'维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度，进而分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的平均回波幅度和第p个参考单元中N'维接收向量的四个极化通道融合的平均回波幅度，然后分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度和P个参考单元接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度；其中，N表示检测单元的接收向量的最大维数，P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，N'表示每个参考单元的接收向量的最大维数。

步骤2的具体子步骤为：

2.1根据检测单元第n维的接收向量x(n)和第p个参考单元中第n'维的接收向量x_p(n')，分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度和第p个参考单元中N'维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度其中，x表示检测单元的N维接收向量，x'表示第p个参考单元中的N'维接收向量。

具体地，所述检测单元N维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度包含检测单元N维HH极化通道的接收向量平均回波幅度检测单元N维VV极化通道的接收向量平均回波幅度检测单元N维HV极化通道的接收向量平均回波幅度和检测单元N维VH极化通道的接收向量平均回波幅度所述第p个参考单元中N'维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度包含第p个参考单元N'维HH极化通道的接收向量平均回波幅度第p个参考单元N'维VV极化通道的接收向量平均回波幅度第p个参考单元N'维HV极化通道的接收向量平均回波幅度和第p个参考单元N'维VH极化通道的接收向量平均回波幅度其表达式分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{A}}_{HH}\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{HH}\left(n\right)\right|\\ {\stackrel{\‾}{A}}_{VV}\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{VV}\left(n\right)\right|\\ {\stackrel{\‾}{A}}_{HV}\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{HV}\left(n\right)\right|\\ {\stackrel{\‾}{A}}_{VH}\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{VH}\left(n\right)\right|\end{array}\right.,\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{A}}_{pHH}\left(x^{\′}\right)=\frac{1}{N^{\′}}\underset{n^{\′}=1}{\overset{N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{HH}\left(n^{\′}\right)\right|\\ {\stackrel{\‾}{A}}_{pVV}\left(x^{\′}\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{VV}\left(n^{\′}\right)\right|\\ {\stackrel{\‾}{A}}_{pHV}\left(x^{\′}\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{HV}\left(n^{\′}\right)\right|\\ {\stackrel{\‾}{A}}_{pVH}\left(x^{\′}\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{VH}\left(n^{\′}\right)\right|\end{array}\right.;$

其中，x表示检测单元的N维接收向量，x'表示第p个参考单元中的N'维接收向量，n表示检测单元的接收向量的维数索引，n'表示参考单元的接收向量的维数索引，N表示检测单元的接收向量的最大维数，P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，N'表示每个参考单元的接收向量的最大维数。

2.2根据检测单元N维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度和第p个参考单元中N'维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的平均回波幅度和第p个参考单元中N'维接收向量的四个极化通道融合的平均回波幅度

其中，x表示检测单元的N维接收向量，x'表示第p个参考单元中的N'维接收向量，·表示点乘。

2.3根据检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的平均回波幅度和第p个参考单元中N'维接收向量的四个极化通道融合的平均回波幅度计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度RAA和P个参考单元接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度RAA′，其表达式为：

$RAA\≡\frac{\tilde{A}\left(x\right)}{1/{\mathrm{P\Σ}}_{p=1}^P{\tilde{A}}_p\left(x^{\′}\right)},{\mathrm{RAA}}^{\′}\≡\frac{{\tilde{A}}_p\left(x^{\′}\right)}{1/{\mathrm{P\Σ}}_{p=1}^P{\tilde{A}}_p\left(x^{\′}\right)}$

其中，x表示检测单元的N维接收向量，x'表示第p个参考单元中的N'维接收向量，n表示检测单元的接收向量的维数索引，n'表示参考单元的接收向量的维数索引，N表示检测单元的接收向量的最大维数，p∈{1,2,…,P}，P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，N'表示每个参考单元的接收向量的最大维数。

步骤3，根据第一模型H₀和第二模型H₁，分别计算得到检测单元N维接收向量的四个极化通道的多普勒谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的多普勒谱，进而分别计算得到检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱；其中，N表示检测单元的接收向量的最大维数，p∈{1,2,…,P}，P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，N'表示每个参考单元的接收向量的最大维数。

步骤3的具体子步骤为：

3.1根据检测单元第n维的接收向量x(n)和第p个参考单元中第n'维的接收向量x_p(n')，分别计算得到检测单元N维接收向量的四个极化通道的多普勒谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的多普勒谱。

具体地，所述检测单元N维接收向量的四个极化通道的多普勒谱包含检测单元N维HH极化通道的接收向量的多普勒谱X_HH(f_d)、检测单元N维VV极化通道的接收向量的多普勒谱X_VV(f_d)、检测单元N维HV极化通道的接收向量的多普勒谱X_HV(f_d)和检测单元N维VH极化通道的接收向量的多普勒谱X_VH(f_d)，所述第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的多普勒谱包含第p个参考单元N'维HH极化通道的接收向量的多普勒谱X_pHH(f_d)、第p个参考单元N'维VV极化通道的接收向量的多普勒谱X_pVV(f_d)、第p个参考单元N'维HV极化通道的接收向量的多普勒谱X_pHV(f_d)和第p个参考单元N'维VH极化通道的接收向量的多普勒谱X_pVH(f_d)，其表达式分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{HH}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\left|\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{HH}\left(n\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{\mathrm{nT}}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\\ X_{VV}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\left|\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{VV}\left(n\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{\mathrm{nT}}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\\ X_{HV}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\left|\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{HV}\left(n\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{\mathrm{nT}}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\\ X_{VH}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\left|\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{VH}\left(n\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{\mathrm{nT}}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{pHH}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N^{\′}}}\left|\underset{n^{\′}=1}{\overset{N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{HH}^p\left(n^{\′}\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{n}^{\′}{T}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\\ X_{pVV}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N^{\′}}}\left|\underset{n^{\′}=1}{\overset{N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{VV}^p\left(n^{\′}\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{n}^{\′}{T}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\\ X_{pHV}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N^{\′}}}\left|\underset{n^{\′}=1}{\overset{N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{HV}^p\left(n^{\′}\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{n}^{\′}{T}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\\ X_{pVH}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N^{\′}}}\left|\underset{n^{\′}=1}{\overset{N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{VH}^p\left(n^{\′}\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{n}^{\′}{T}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\end{array}\right.$

其中，x_HH(n)表示为第n维HH极化通道的接收向量，x_VV(n)表示第n维VV极化通道的接收向量，x_HV(n)表示第n维HV极化通道的接收向量，x_VH(n)表示第n维VH极化通道的接收向量，表示第p个参考单元中第n'维HH极化通道的接收向量，表示第p个参考单元中第n'维VV极化通道的接收向量，表示第p个参考单元中第n'维HV极化通道的接收向量，表示第p个参考单元中第n'维VH极化通道的接收向量，f_d表示多普勒频率，T_r表示脉冲重复频率，n表示检测单元的接收向量的维数索引，n'表示参考单元的接收向量的维数索引，N表示检测单元的接收向量的最大维数，P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，N'表示每个参考单元的接收向量的最大维数。

3.2对所述检测单元N维接收向量的四个极化通道的多普勒谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的多普勒谱分别进行融合，分别计算得到检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱X(f_d)和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱X^p(f_d)，其表达式分别为：

X(f_d)＝1/4(X_HH(f_d)+X_VV(f_d)+X_HV(f_d)+X_VH(f_d))

X^p(f_d)＝1/4(X_pHH(f_d)+X_pVV(f_d)+X_pHV(f_d)+X_pVH(f_d))

步骤4，根据检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱，分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对P个参考单元的多普勒谱峰高和P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高，进而分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵和P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵。

步骤4的具体子步骤为：

4.1根据检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱X(f_d)和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱X^p(f_d)，分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰位置和检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰高度Peak(x)，以及第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰位置和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰高度Peak_p(x')，其表达式分别为：

$Peak\left(x\right)=\underset{f_d}{max}\{X\left(f_d\right),-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\}$

$f_d^{max}\left(x\right)=\arg \underset{f_d}{max}\{X\left(f_d\right),-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\}$

${\mathrm{Peak}}_p\left(x^{\′}\right)=\underset{f_d}{max}\{X^{\′}\left(f_d\right),-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\}$

$f_{pd}^{\max }\left(x^{\′}\right)=\arg \underset{f_d}{max}\{X^{\′}\left(f_d\right),-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\}$

其中，x表示检测单元的N维接收向量，x'表示第p个参考单元中的N'维接收向量，表示取最大值时多普勒频率f_d的取值运算，表示使{·}取最大值时多普勒频率f_d的取值，f_d表示多普勒频率，T_r表示脉冲重复频率。

4.2根据检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰位置和检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰高度Peak(x)，计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒谱峰高DPH，其表达式为：

$DPH=\frac{Peak\left(x\right)}{\frac{1}{\overline{)=}\mathrm{\Δ}}{\mathrm{\Σ}}_{f_d\∈f_d^{\max }\left(x\right)+\mathrm{\Δ}}X\left(f_d\right)}$

其中，X(f_d)表示检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱，△表示设定的多普勒数集，△＝[-50Hz,-5Hz]∪[5Hz,50Hz]，∪表示与操作，#△表示检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰位置落入设定的多普勒数集△的数目，∈表示属于，x表示检测单元的N维接收向量。

4.3根据第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰位置和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰高度Peak_p(x')，计算第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高DPH^p，其表达式分别为：

${\mathrm{DPH}}^p=\frac{{\mathrm{Peak}}_p\left(x^{\′}\right)}{\frac{1}{\#{\mathrm{\Δ}}^{\′}}{\mathrm{\Σ}}_{f_d\∈f_{pd}^{\max }\left(x^{\′}\right)+\mathrm{\Δ}}{X}^p\left(f_d\right)}.$

其中，X^p(f_d)表示第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱，△表示设定的多普勒数集，△＝[-50Hz,-5Hz]∪[5Hz,50Hz]，∪表示与操作，#△′表示第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰位置落入设定的多普勒数集△的数目，∑表示求和运算，x'表示第p个参考单元中的N'维接收向量。

4.4根据检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒谱峰高DPH和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高DPH^p，分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对P个参考单元的多普勒谱峰高RPH和P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高其表达式分别为：

$RPH\≡\frac{DPH}{1/{\mathrm{P\Σ}}_{p=1}^p{\mathrm{DPH}}^p}$

$RP\tilde{H}\≡\frac{{\mathrm{DPH}}^p}{1/{\mathrm{P\Σ}}_{p=1}^P{\mathrm{DPH}}^p}$

4.5对检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱X(f_d)和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱X^p(f_d)分别进行归一化处理，分别得到检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒振幅谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒幅度谱其表达式分别为：

$\hat{X}\left(f_d\right)=\frac{X\left(f_d\right)}{{\mathrm{\Σ}}_{f_d}X\left(f_d\right)},$

${\hat{X}}^p\left(f_d\right)=\frac{X^p\left(f_d\right)}{{\mathrm{\Σ}}_{f_d}{X}^p\left(f_d\right)}$

其中，f_d表示多普勒频率，∑表示求和运算。

4.6根据检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒振幅谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒幅度谱分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒振幅熵VE(x)和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒幅度熵VE^p(x)，其表达式分别为：

$VE\left(x\right)\≡-\underset{f_d}{\mathrm{\Σ}}\hat{X}\left(f_d\right)log\hat{X}\left(f_d\right),$

${\mathrm{VE}}^p\left(x\right)\≡-\underset{f_d}{\mathrm{\Σ}}{\hat{X}}^p\left(f_d\right)log{\hat{X}}^p\left(f_d\right)$

其中，p∈{1,2,…,P}，P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，表示多普勒频率所有取值对应的表达式值的求和，log表示对数函数，x表示检测单元的N维接收向量。

4.7根据检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒振幅熵VE(x)和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒幅度熵VE^p(x)，计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵RVE(x)和P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵RVE(x')，其表达式分别为：

$RVE\left(x\right)\≡\frac{VE\left(x\right)}{1/{\mathrm{P\Σ}}_{p=1}^P{\mathrm{VE}}^p\left(x\right)}$

$RVE\left(x^{\′}\right)\≡\frac{{\mathrm{VE}}^p\left(x\right)}{1/{\mathrm{P\Σ}}_{p=1}^P{\mathrm{VE}}^p\left(x\right)}$

其中，x表示检测单元的N维接收向量，x'表示第p个参考单元中的N'维接收向量，p∈{1,2,…,P}，P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，p表示参考单元索引，表示参考单元索引p从1到P分别对应的表达式值求和运算。

步骤5，将检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度、检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对P个参考单元的多普勒谱峰高和检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵，作为检测单元N维接收向量的组合特征，将P个参考单元接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度、P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高和P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵，作为参考单元N'维接收向量的组合特征。

具体地，将所述检测单元N维接收向量的组合特征记为CF，其表达式为：

CF＝[RAA,RPH,RVE]；

将所述参考单元N'维接收向量的组合特征记为CF′，其表达式为：

${\mathrm{CF}}^{\′}=\[{\mathrm{RAA}}^{\′},RP\tilde{H},{\mathrm{RVE}}^{\′}\]$

其中，RAA表示检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度，RAA′表示P个参考单元接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度，RPH表示检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对P个参考单元的多普勒谱峰高，表示P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高，RVE表示检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵RVE(x)，RVE′表示P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵RVE(x')，x表示检测单元的N维接收向量，x'表示第p个参考单元中的N'维接收向量。

步骤6，根据检测单元N维接收向量的组合特征和参考单元N'维接收向量的组合特征，并利用3维特征空间凸包学习算法计算检测单元N维接收向量的检测统计量。

步骤6的具体子步骤为：

6.1根据参考单元N'维接收向量的组合特征，并利用文献SHUI P L,LI D C,XU SW.Tri-Feature-Based Detection of Floating Small Targets in Sea Clutter[J].IEEE T Aero Elec Sys,2014,50(2):1416-30.中提出的3维特征空间凸包学习算法计算参考单元N'维接收向量的凸包Ω′，其表达式为：

Ω′＝{CF′_j,j＝1,2,...,J}

其中，j表示参考单元N'维接收向量的组合特征CF′的第j维，J表示参考单元N'维接收向量的组合特征CF′的最大维数，CF′_j表示参考单元N'维接收向量的组合特征CF′的第j维组合特征。

将参考单元N'维接收向量的凸包Ω′使用外表面三角形顶点法表示，得到参考单元N'维接收向量的决策区域Ω：

$\mathrm{\Ω}\≡SP\left\{triangle(v_l^{\left(1\right)},v_l^{\left(2\right)},v_l^{\left(3\right)})\right\}$

其中，SP{·}表示由使用外表面三角形顶点法围成的封闭空间，表示顶点分别为和的三角形，表示从第l个三角形的凸形轮廓外侧沿顺时针方向排列的第一个顶点，表示从第l个三角形的凸形轮廓外侧沿顺时针方向排列的第二个顶点，表示从第l个三角形的凸形轮廓外侧沿顺时针方向排列的第三个顶点，l∈{1,2,...,Q}，Q表示参考单元N'维接收向量的凸包Ω′包含的三角形总个数。

6.2根据检测单元N维接收向量的组合特征以及参考单元N'维接收向量的决策区域Ω，计算得到检测单元N维接收向量的检测统计量ξ，其表达式为：

$\mathrm{\ξ}=max\left\{\det (\[v_l^{\left(1\right)}-CF,v_l^{\left(2\right)}-CF,v_l^{\left(3\right)}-CF\])\right\}$

其中，det(·)表示求矩阵的行列式，max表示求最大值操作，表示从第l个三角形的凸形轮廓外侧沿顺时针方向排列的第一个顶点，表示从第l个三角形的凸形轮廓外侧沿顺时针方向排列的第二个顶点，表示从第l个三角形的凸形轮廓外侧沿顺时针方向排列的第三个顶点，l∈{1,2,...,Q}，Q表示参考单元N'维接收向量的凸包Ω′包含的三角形总个数。

步骤7，根据检测单元N维接收向量的检测统计量，判断检测单元中是否存在目标：如果检测单元N维接收向量的检测统计量大于零，说明检测单元中存在海面漂浮微弱雷达目标，则第二模型H₁假设成立；如果检测单元N维接收向量的检测统计量小于或等于零，说明检测单元中不存在海面漂浮微弱雷达目标，则第一模型H₀假设成立。

通过以下仿真实验对本发明效果作进一步验证说明。

1)仿真条件：

仿真实验中采用实测海杂波数据来检验本发明方法的检测性能。

仿真实验中采用的实测海杂波数据为IPIX高分辨率雷达获取的海杂波的数据，该IPIX高分辨率雷达具有9.3GHz的载波频率，波束宽度为0.9度，距离分辨率为30m，距离采样间隔为15米，该IPIX高分辨率雷达发射H和V交替极化模式下的相干脉冲串，脉冲重复频率为T_r＝2000Hz，并且雷达接收机也具有H和V极化的两个通道。各组数据包含同步收集的HH，VV，HV和VH四种极化通道的数据。在14个连续距离单元中选取4个作为检测单元，10个作为参考单元。

2)仿真内容及结果分析：

分别采用本发明方法和现有的基于能量特征的检测方法(简称现有方法)对实测海杂波数据进行目标检测，通过分析不同虚警概率下的检测概率比较两种检测方法的检测效果，在同样的虚警概率下，检测概率越大表明检测性能越好。

仿真实验：

在观测时间为0.512秒时，对比本发明方法和现有方法对实测海杂波数据在不同虚警概率下的检测概率，如图2所示；图2中，虚警概率从0.001变化至0.01，黑色圆点曲线表示本发明方法的检测概率曲线，黑色菱形曲线表示现有方法在HV极化通道下的检测概率曲线，黑色“×”形曲线表示现有方法在VH极化通道下的检测概率曲线，黑色圆圈曲线表示现有方法在HH极化通道下的检测概率曲线，黑色米字曲线表示现有方法在VV极化通道下的检测概率曲线。

从图2中可以看出，在观测时间为0.512秒时，本发明方法的检测性能明显优于现有方法在HH、VV、HV、VH四种极化通道下的检测性能。

综上所述，本发明提出的基于四极化通道融合特征的海面漂浮微弱雷达目标检测方法的检测性能稳定，优于现有的基于能量特征检测方法的检测性能。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围；这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定全极化雷达，所述全极化雷达包含雷达发射机和雷达接收机，雷达发射机发射脉冲信号，雷达接收机接收所述脉冲信号经过海面散射形成的雷达回波；所述脉冲信号照射雷达检测区域，且脉冲信号照射的雷达检测区域由包含海面漂浮微弱雷达目标的检测单元与没有包含海面漂浮微弱雷达目标的参考单元组成，雷达接收机接收到的将包含海面漂浮微弱雷达目标的检测单元反射的脉冲信号作为检测单元的接收向量，将没有包含海面漂浮微弱雷达目标的参考单元反射的脉冲信号，作为参考单元的接收向量；然后，根据所述雷达回波，分别构建第一模型H₀：假设所述雷达回波中检测单元的接收向量和参考单元的接收向量仅有杂波存在，以及第二模型H₁：假设所述雷达回波中检测单元的接收向量和参考单元的接收向量同时存在杂波和海面漂浮微弱雷达目标；

步骤2，根据第一模型H₀和第二模型H₁，分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度和第p个参考单元中N'维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度，进而分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的平均回波幅度和第p个参考单元中N'维接收向量的四个极化通道融合的平均回波幅度，然后分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度和P个参考单元接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度；其中，N表示检测单元的接收向量的最大维数，P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，N'表示每个参考单元的接收向量的最大维数；

步骤3，根据第一模型H₀和第二模型H₁，分别计算得到检测单元N维接收向量的四个极化通道的多普勒谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的多普勒谱，进而分别计算得到检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱；其中，N表示检测单元的接收向量的最大维数，p∈{1,2,…,P}，P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，N'表示每个参考单元的接收向量的最大维数；

步骤4，根据检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱，分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对P个参考单元的多普勒谱峰高和P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高，进而分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵和P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵；

步骤5，将检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度、检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对P个参考单元的多普勒谱峰高和检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵，作为检测单元N维接收向量的组合特征，将P个参考单元接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度、P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高和P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵，作为参考单元N'维接收向量的组合特征；

步骤6，根据检测单元N维接收向量的组合特征和参考单元N'维接收向量的组合特征，计算检测单元N维接收向量的检测统计量；

步骤7，根据检测单元N维接收向量的检测统计量，判断检测单元中是否存在目标：如果检测单元N维接收向量的检测统计量大于零，判定检测单元中存在海面漂浮微弱雷达目标。

2.如权利要求1所述的一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，其特征在于，在步骤1中，所述第一模型H₀和所述第二模型H₁，其表达式分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{H}_0:\left\{\begin{array}{c}x\left(n\right)=c\left(n\right)\\ x_p\left(n^{\′}\right)=c_p\left(n^{\′}\right)\end{array}\right.\\ H_1:\left\{\begin{array}{c}x\left(n\right)=s\left(n\right)+c\left(n\right)\\ x_p\left(n^{\′}\right)=c_p\left(n^{\′}\right)\end{array}\right.\end{array}\right.$

其中，n∈{1,2,...,N}，n'∈{1,2,...,N'}，p∈{1,2,...,P}，x(n)表示检测单元第n维的接收向量，x_p(n')表示第p个参考单元中第n'维的接收向量，c(n)表示检测单元第n维的海杂波向量，c_p(n')表示第p个参考单元中第n'维的海杂波向量，n表示检测单元的接收向量的维数索引，n'表示参考单元的接收向量的维数索引，N表示检测单元的接收向量的最大维数，P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，N'表示每个参考单元的接收向量的最大维数。

3.如权利要求2所述的一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，其特征在于，所述x(n)表示检测单元第n维的接收向量和所述x_p(n')表示第p个参考单元中第n'维的接收向量，还包括：

检测单元第n维的接收向量x(n)包含四个极化通道，分别为第n维HH极化通道的接收向量x_HH(n)、第n维VV极化通道的接收向量x_VV(n)、第n维HV极化通道的接收向量x_HV(n)和第n维VH极化通道的接收向量x_VH(n)；

第p个参考单元中第n'维的接收向量x_p(n')包含四个极化通道，分别为第p个参考单元中第n'维HH极化通道的接收向量第p个参考单元中第n'维VV极化通道的接收向量第p个参考单元中第n'维HV极化通道的接收向量和第p个参考单元中第n'维VH极化通道的接收向量

4.如权利要求3所述的一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，其特征在于，在步骤2中，将所述检测单元N维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度记为其中检测单元N维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度包含检测单元N维HH极化通道的接收向量平均回波幅度检测单元N维VV极化通道的接收向量平均回波幅度检测单元N维HV极化通道的接收向量平均回波幅度和检测单元N维VH极化通道的接收向量平均回波幅度

将所述第p个参考单元中N'维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度记为其中第p个参考单元中N'维接收向量的四个极化通道的平均回波幅度包含第p个参考单元N'维HH极化通道的接收向量平均回波幅度第p个参考单元N'维VV极化通道的接收向量平均回波幅度第p个参考单元N'维HV极化通道的接收向量平均回波幅度和第p个参考单元N'维VH极化通道的接收向量平均回波幅度

将所述检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的平均回波幅度记为将所述第p个参考单元中N'维接收向量的四个极化通道融合的平均回波幅度记为将所述检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度记为RAA，将所述P个参考单元接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度记为RAA′，其表达式分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{A}}_{HH}\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{HH}\left(n\right)\right|\\ {\stackrel{\‾}{A}}_{VV}\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{VV}\left(n\right)\right|\\ {\stackrel{\‾}{A}}_{HV}\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{HV}\left(n\right)\right|\\ {\stackrel{\‾}{A}}_{VH}\left(x\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{VH}\left(n\right)\right|\end{array}\right.,\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{A}}_{pHH}\left(x^{\′}\right)=\frac{1}{N^{\′}}\underset{n^{\′}=1}{\overset{N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{HH}\left(n^{\′}\right)\right|\\ {\stackrel{\‾}{A}}_{pVV}\left(x^{\′}\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{VV}\left(n^{\′}\right)\right|\\ {\stackrel{\‾}{A}}_{pHV}\left(x^{\′}\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{HV}\left(n^{\′}\right)\right|\\ {\stackrel{\‾}{A}}_{pVH}\left(x^{\′}\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_{VH}\left(n^{\′}\right)\right|\end{array}\right.$

$\tilde{A}\left(x\right)=\sqrt[4]{{\stackrel{\‾}{A}}_{HH}\left(x\right)\·{\stackrel{\‾}{A}}_{VV}\left(x\right)\·{\stackrel{\‾}{A}}_{HV}\left(x\right)\·{\stackrel{\‾}{A}}_{VH}\left(x\right)}$

${\tilde{A}}_p\left(x^{\′}\right)=\sqrt[4]{{\stackrel{\‾}{A}}_{pHH}\left(x^{\′}\right)\·{\stackrel{\‾}{A}}_{pVV}\left(x^{\′}\right)\·{\stackrel{\‾}{A}}_{pHV}\left(x^{\′}\right)\·{\stackrel{\‾}{A}}_{pVH}\left(x^{\′}\right)}$

$RAA\≡\frac{\tilde{A}\left(x\right)}{1/{\mathrm{P\Σ}}_{p=1}^P{\tilde{A}}_p\left(x^{\′}\right)},{\mathrm{RAA}}^{\′}\≡\frac{{\tilde{A}}_p\left(x^{\′}\right)}{1/{\mathrm{P\Σ}}_{p=1}^P{\tilde{A}}_p\left(x^{\′}\right)}$

其中，x表示检测单元的N维接收向量，x'表示第p个参考单元中的N'维接收向量，n表示检测单元的接收向量的维数索引，n'表示参考单元的接收向量的维数索引，N表示检测单元的接收向量的最大维数，p∈{1,2,...,P}，P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，N'表示每个参考单元的接收向量的最大维数，·表示点乘。

5.如权利要求3所述的一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，其特征在于，步骤3的子步骤为：

3.1根据检测单元第n维的接收向量x(n)和第p个参考单元中第n'维的接收向量x_p(n')，分别计算得到检测单元N维接收向量的四个极化通道的多普勒谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的多普勒谱；

3.2对所述检测单元N维接收向量的四个极化通道的多普勒谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的多普勒谱分别进行融合，分别计算得到检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱X(f_d)和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱X^p(f_d)。

6.如权利要求5所述的一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，其特征在于，所述检测单元N维接收向量的四个极化通道的多普勒谱包含检测单元N维HH极化通道的接收向量的多普勒谱X_HH(f_d)、检测单元N维VV极化通道的接收向量的多普勒谱X_VV(f_d)、检测单元N维HV极化通道的接收向量的多普勒谱X_HV(f_d)和检测单元N维VH极化通道的接收向量的多普勒谱X_VH(f_d)，所述第p个参考单元N′维接收向量的四个极化通道的多普勒谱包含第p个参考单元N′维HH极化通道的接收向量的多普勒谱X_pHH(f_d)、第p个参考单元N′维VV极化通道的接收向量的多普勒谱X_pVV(f_d)、第p个参考单元N′维HV极化通道的接收向量的多普勒谱X_pHV(f_d)和第p个参考单元N′维VH极化通道的接收向量的多普勒谱X_pVH(f_d)，以及所述检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱X(f_d)和所述第p个参考单元N′维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱X^p(f_d)，其表达式分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{HH}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\left|\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{HH}\left(n\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{\mathrm{nT}}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\\ X_{VV}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\left|\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{VV}\left(n\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{\mathrm{nT}}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\\ X_{HV}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\left|\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{HV}\left(n\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{\mathrm{nT}}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\\ X_{VH}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\left|\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{VH}\left(n\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{\mathrm{nT}}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{pHH}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N^{\′}}}\left|\underset{n^{\′}=1}{\overset{N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{HH}^p\left(n^{\′}\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{n}^{\′}{T}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\\ X_{pVV}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N^{\′}}}\left|\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{VV}^p\left(n^{\′}\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{n}^{\′}{T}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\\ X_{pHV}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N^{\′}}}\left|\underset{n^{\′}=1}{\overset{N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{HV}^p\left(n^{\′}\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{n}^{\′}{T}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\\ X_{pVH}\left(f_d\right)=\frac{1}{\sqrt{N^{\′}}}\left|\underset{n^{\′}=1}{\overset{N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{VH}^p\left(n^{\′}\right)\exp (-2{\mathrm{\πf}}_d{n}^{\′}{T}_r)\right|,-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\end{array}\right.$

X(f_d)＝1/4(X_HH(f_d)+X_VV(f_d)+X_HV(f_d)+X_VH(f_d))

X^p(f_d)＝1/4(X_pHH(f_d)+X_pVV(f_d)+X_pHV(f_d)+X_pVH(f_d))

其中，x_HH(n)表示为第n维HH极化通道的接收向量，x_VV(n)表示第n维VV极化通道的接收向量，x_HV(n)表示第n维HV极化通道的接收向量，x_VH(n)表示第n维VH极化通道的接收向量，表示第p个参考单元中第n′维HH极化通道的接收向量，表示第p个参考单元中第n'维VV极化通道的接收向量，表示第p个参考单元中第n'维HV极化通道的接收向量，表示第p个参考单元中第n'维VH极化通道的接收向量，f_d表示多普勒频率，T_r表示脉冲重复频率，n表示检测单元的接收向量的维数索引，n'表示参考单元的接收向量的维数索引，N表示检测单元的接收向量的最大维数，P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，N'表示每个参考单元的接收向量的最大维数。

7.如权利要求6所述的一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，其特征在于，步骤4的子步骤为：

4.1根据检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱X(f_d)和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱X^p(f_d)，分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰位置和检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰高度Peak(x)，以及第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰位置和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰高度Peak_p(x')；

4.2根据检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰位置和检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰高度Peak(x)，计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒谱峰高DPH；

4.3根据第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰位置和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰高度Peak_p(x')，计算第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高DPH^p；

4.4根据检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒谱峰高DPH和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高DPH^p，分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对P个参考单元的多普勒谱峰高RPH和P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高

4.5对检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱X(f_d)和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱X^p(f_d)分别进行归一化处理，分别得到检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒振幅谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒幅度谱

4.6根据检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒振幅谱和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒幅度谱分别计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒振幅熵VE(x)和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒幅度熵VE^p(x)；

4.7根据检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒振幅熵VE(x)和第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒幅度熵VE^p(x)，计算检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵RVE(x)和P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵RVE(x')。

8.如权利要求7所述的一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，其特征在于，所述检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰位置所述检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰高度Peak(x)、所述第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰位置所述第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰高度Peak_p(x')、所述检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒谱峰高DPH、所述第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高DPH^p、所述检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对P个参考单元的多普勒谱峰高RPH、所述P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高所述检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒振幅谱所述第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒幅度谱所述检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒振幅熵VE(x)、所述第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的归一化多普勒幅度熵VE^p(x)、所述检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵RVE(x)和所述P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵RVE(x')，其表达式分别为：

$Peak\left(x\right)=\underset{f_d}{max}\{X\left(f_d\right),-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\}$

$f_d^{max}\left(x\right)=\arg \underset{f_d}{max}\{X\left(f_d\right),-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\}$

${\mathrm{Peak}}_p\left(x^{\′}\right)=\underset{f_d}{max}\{X^{\′}\left(f_d\right),-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\}$

$f_{pd}^{\max }\left(x^{\′}\right)=\arg \underset{f_d}{max}\{X^{\′}\left(f_d\right),-\frac{1}{2T_r}\≤f_d\≤\frac{1}{2T_r}\}$

$DPH=\frac{Peak\left(x\right)}{\frac{1}{\#\mathrm{\Δ}}{\mathrm{\Σ}}_{f_d\∈f_d^{max}\left(x\right)+\mathrm{\Δ}}X\left(f_d\right)}$

${\mathrm{DPH}}^p=\frac{{\mathrm{Peak}}_p\left(x^{\′}\right)}{\frac{1}{\#{\mathrm{\Δ}}^{\′}}{\mathrm{\Σ}}_{f_d\∈f_{pd}^{\max }\left(x^{\′}\right)+\mathrm{\Δ}}{X}^p\left(f_d\right)}$

$RPH\≡\frac{DPH}{1/{\mathrm{P\Σ}}_{p=1}^P{\mathrm{DPH}}^p}$

$RP\tilde{H}\≡\frac{{\mathrm{DPH}}^p}{1/{\mathrm{P\Σ}}_{p=1}^P{\mathrm{DPH}}^p}$

$\hat{X}\left(f_d\right)=\frac{X\left(f_d\right)}{{\mathrm{\Σ}}_{f_d}X\left(f_d\right)},$

${\hat{X}}^p\left(f_d\right)=\frac{X^p\left(f_d\right)}{{\mathrm{\Σ}}_{f_d}{X}^p\left(f_d\right)}$

$VE\left(x\right)\≡-\underset{f_d}{\Σ}\hat{X}\left(f_d\right)log\hat{X}\left(f_d\right),$

${\mathrm{VE}}^p\left(x\right)\≡-\underset{f_d}{\Σ}{\hat{X}}^p\left(f_d\right)log{\hat{X}}^p\left(f_d\right)$

$RVE\left(x\right)\≡\frac{VE\left(x\right)}{1/{\mathrm{P\Σ}}_{p=1}^P{\mathrm{VE}}^p\left(x\right)}$

$RVE\left(x^{\′}\right)\≡\frac{{\mathrm{VE}}^p\left(x\right)}{1/{\mathrm{P\Σ}}_{p=1}^P{\mathrm{VE}}^p\left(x\right)}$

其中，x表示检测单元的N维接收向量，x'表示第p个参考单元中的N'维接收向量，表示取最大值时多普勒频率f_d的取值运算，表示使{·}取最大值时多普勒频率f_d的取值，f_d表示多普勒频率，T_r表示脉冲重复频率，X(f_d)表示检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱，△表示设定的多普勒数集，△＝[-50Hz,-5Hz]∪[5Hz,50Hz]，∪表示与操作，#△表示检测单元N维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰位置落入设定的多普勒数集△的数目，∈表示属于，X^p(f_d)表示第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱，#△′表示第p个参考单元N'维接收向量的四个极化通道的融合多普勒谱峰位置落入设定的多普勒数集△的数目，∑表示求和运算，p∈{1,2,...,P}，p表示参考单元索引，表示参考单元索引p从1到P分别对应的表达式值求和运算P表示脉冲信号照射的雷达检测区域包含的参考单元总个数，表示多普勒频率所有取值对应的表达式值的求和，log表示对数函数。

9.如权利要求1所述的一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，其特征在于，在步骤5中，将所述检测单元N维接收向量的组合特征记为CF，其表达式为：

CF＝[RAA,RPH,RVE]

将所述参考单元N'维接收向量的组合特征记为CF′，其表达式为：

${\mathrm{CF}}^{\′}=\[{\mathrm{RAA}}^{\′},RP\tilde{H},{\mathrm{RVE}}^{\′}\]$

其中，RAA表示检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度，RAA′表示P个参考单元接收向量的四个极化通道融合的相对平均幅度，RPH表示检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对P个参考单元的多普勒谱峰高，表示P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒峰高，RVE表示检测单元N维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵RVE(x)，RVE′表示P个参考单元N'维接收向量的四个极化通道融合的相对多普勒幅度熵RVE(x')，x表示检测单元的N维接收向量，x'表示第p个参考单元中的N'维接收向量。

10.如权利要求1所述的一种基于四极化通道融合的海面漂浮微弱雷达目标的检测方法，其特征在于，步骤6的子步骤为：

6.1根据参考单元N'维接收向量的组合特征，计算参考单元N'维接收向量的凸包Ω′，其表达式为：

Ω′＝{CF′_j,j＝1,2,...,J}

其中，j表示参考单元N'维接收向量的组合特征CF′的第j维，J表示参考单元N'维接收向量的组合特征CF′的最大维数，CF′_j表示参考单元N'维接收向量的组合特征CF′的第j维组合特征；

将参考单元N'维接收向量的凸包Ω′使用外表面三角形顶点法表示，得到参考单元N'维接收向量的决策区域Ω：

$\mathrm{\Ω}\≡SP\left\{triangle(v_l^{\left(1\right)},v_l^{\left(2\right)},v_l^{\left(3\right)})\right\}$

其中，SP{·}表示由使用外表面三角形顶点法围成的封闭空间，表示顶点分别为和的三角形，表示从第l个三角形的凸形轮廓外侧沿顺时针方向排列的第一个顶点，表示从第l个三角形的凸形轮廓外侧沿顺时针方向排列的第二个顶点，表示从第l个三角形的凸形轮廓外侧沿顺时针方向排列的第三个顶点，l∈{1,2,...,Q}，Q表示参考单元N'维接收向量的凸包Ω′包含的三角形总个数；

6.2根据检测单元N维接收向量的组合特征以及参考单元N'维接收向量的决策区域Ω，计算得到检测单元N维接收向量的检测统计量ξ，其表达式为：

$\mathrm{\ξ}=max\left\{\det (\[v_l^{\left(1\right)}-CF,v_l^{\left(2\right)}-CF,v_l^{\left(3\right)}-CF\])\right\}$

其中，det(·)表示求矩阵的行列式，max表示求最大值操作，表示从第l个三角形的凸形轮廓外侧沿顺时针方向排列的第一个顶点，表示从第l个三角形的凸形轮廓外侧沿顺时针方向排列的第二个顶点，表示从第l个三角形的凸形轮廓外侧沿顺时针方向排列的第三个顶点，l∈{1,2,...,Q}，Q表示参考单元N'维接收向量的凸包Ω′包含的三角形总个数。