CN107462886B - 一种基于波形对比度最优算法的动目标恒虚警检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于波形对比度最优算法的动目标恒虚警检测方法，包括：根据得到的回波信号高分辨率距离像，通过调整补偿参数使波形对比度达到最优，得到运动补偿后的高分辨距离像；给定虚警概率并获得检测门限；根据补偿后的高分辨率距离像和门限的比较来判断目标是否存在，相较于现有技术本发明能够显著提高太赫兹引信的目标检测性能。

Description

一种基于波形对比度最优算法的动目标恒虚警检测方法
技术领域
本发明属太赫兹雷达目标检测技术领域，尤其涉及一种基于波形对比度最优算法的动目标恒虚警检测方法。
背景技术
太赫兹(THz)高分辨引信通过发射宽带波形信号来获得极高的分辨率，从而获得更多的目标信息。但是，由于目标的散射中心扩散到了多个距离单元中，在获得高分辨率的同时也给目标的检测带来了困难，如坦克、飞机等目标此时已不能认为是点目标，而应定义为由不同雷达距离单元中多个散射体组成的扩展面目标t。因此，对于太赫兹高分辨雷达系统，距离扩展目标的检测已不能直接采用常规的低分辨率雷达的点目标检测方法，而应研究适用于扩展目标的目标检测方法。
过去的几十年间国内外学者对扩展目标的检测问题做了大量的研究。已有多种检测算法被用于雷达扩展目标检测，如积分检测算法，SSD-GLRT检测算法，M/N检测算法等。但是，积分检测器在目标分布不均时检测效果较差。SSD-GLRT检测算法虽然有很好的检测效果，但其要计算目标散射中心密度，计算较为复杂，实际应用受到了一定的限制。M/N检测算法性能与散射中心密度有关，只有在密度较低时才具备良好的检测效果。为了进一步改善检测性能，提出了基于波形熵值的距离扩展目标检测算法，该算法利用波形熵值的变化来判断有无目标，对于静止目标检测效果良好，而对于快速运动目标检测效果不佳。最重要的是，上述算法都未考虑到雷达与目标之间的相对运动。由于太赫兹波长远小于微波，所以太赫兹对于速度更加敏感，必须对运动进行补偿才能达到高分辨的目标检测。而在对快速运动的扩展目标检测时，如导弹引信观测静态或慢速目标以及地基雷达观测快速目标的过程中，太赫兹引信与目标之间的相对径向速度使得回波信号产生了两个由运动引起的解析相关相位项，即线性相位项(Linear Phase Term,LPT)和二次相位项(Quadratic PhaseTerm,QPT)。这些相移引起的距离像的剧烈畸变大大降低了目标的检测精度。因此，这些算法不适用在快速运动的太赫兹高分辨引信目标检测问题中，对快速运动的扩展目标检测的研究是非常有必要的。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于波形对比度最优算法的动目标恒虚警检测方法，能够显著提高太赫兹引信的目标检测性能。
本发明所采用技术方案如下：
一种基于波形对比度最优算法的动目标恒虚警检测方法，包括：
根据得到的回波信号高分辨距离像，通过调整补偿参数使波形对比度达到最优，得到运动补偿后的高分辨距离像；
给定虚警概率并根据Neyman–Pearson准则获得检测门限；
根据补偿后的高分辨距离像和检测门限的比较来判断目标是否存在。
其中，通过调整补偿参数使波形对比度达到最优，得到运动补偿后的高分辨距离像具体为：
定义波形对比度函数，
Figure GDA0002551760880000021
通过式(2)求得WC(α)的最大值，即为波形对比度的最优函数值；
Figure GDA0002551760880000022
构造回波信号的相位补偿因子HR，将WC(α)取得最大值时所对应的α代入到式(3)，
Figure GDA0002551760880000023
通过HR补偿相位误差或者补偿后的高分辨距离像。
比较补偿后的高分辨距离像S与检测门限T的大小，当S值大于检测门限T时，说明目标存在，当S值小于检测门限T时，说明目标不存在。
进一步的，检测目标的长、宽、高分别为7.6m、2.6m、3.6m。
进一步的，运动补偿后的目标与其实际位置距离误差小于0.3m。
本发明的有益效果是：1、本发明方法首先构造相位补偿因子，然后通过不断调整参数寻找波形对比度的最大值，从而得到最优相位补偿因子完成运动补偿，最后对补偿过后的距离像实现恒虚警检测。由于运动补偿和目标检测都是通过波形对比度最优算法来完成。因此，该方法具有运动参数估计精度高和计算量小的优点。
2、本发明方法不仅可以很好的完成运动补偿，还能有效地完成对快速运动目标的检测。即使目标信号淹没在噪声中，也可对目标进行有效地检测。本发明方法在低信噪比条件下的探测性能优于常见的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是基于波形对比度最优的扩展目标检测流程图；
图2a是无相位误差时回波信号距离像图；
图2b是有相位误差时回波信号距离像图；
图3是运动补偿后的回波信号距离像图；
图4是未运动补偿不同方法检测性能对比图；
图5是运动补偿后不同方法检测性能对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参照图1-图5，一种基于波形对比度最优算法的动目标恒虚警检测方法，
太赫兹引信目标检测的关键是运动补偿，其中运动参数的估计精度决定能否使高分辨距离像(High Resolution Range Profiles,HRRP)最优聚焦。波形对比度函数定义为波形强度的标准差与平均值的比值，记作
Figure GDA0002551760880000031
式中Y表示接收到的回波信号的HRRP幅度，α为相位误差系数的估计值，
Figure GDA0002551760880000032
表示该序列的平均值。
(2)对波形对比度最优方法求最优值，得到运动参数的精确估计，利用估计的运动参数，构建相应的相位补偿因子，通过相位补偿因子完成回波信号的运动补偿，进而通过检测门限对比实现目标的恒虚警检测。
基于波形对比度最优算法的目标检测方法通过不断地调整相位误差系数α，从而使波形达到最优聚焦，WC(α)达到最优值，即
Figure GDA0002551760880000033
构造回波信号的相位补偿因子HR，将(2)式取得的最优代入式(3)得到
Figure GDA0002551760880000034
通过(3)式对回波信号进行相位补偿，当HR能补偿掉径向速度引起的相位误差时，(2)式中的波形对比度函数达到最优值(WC(α)最大时)，从而使HRRP达到最大峰值。而当HR不能补偿相位误差时，(1)式中的对比度函数将达不到最大值，从而得到散焦的HRRP，此时需调整参数α来寻找波形对比度函数的最大值。通过判定运动补偿后的距离像S值与检测门限T的大小，判断出有无目标。当S值大于检测门限T时，说明目标存在；当S值小于检测门限T时，说明目标不存在。
以下通过仿真对以上方法进行验证
仿真内容1：相位误差对回波信号距离像的影响
仿真数据由1000个不同方位角的步进频率雷达目标回波组成。为了模拟实际运动中快速运动目标的回波信号，在目标回波中加入了由运动引起的相位相以及不同方差的高斯噪声。假设引信与目标的相对速度为100m/s，目标长、宽、高分别为7.6m、2.6m、3.6m，如图2a-2b所示，目标与雷达相对运动会产生相位误差，从而引起HRRP产生畸变，若忽视此变化将会严重影响太赫兹引信对目标的检测性能。因此，首先需要对运动进行补偿，然后再进行目标的检测。
仿真内容2：运动补偿后的回波信号距离像
在信噪比为0dB的条件下，图3给出了基于非线性最小二乘估计(Nonlinear LeastSquares,NLS)方法与本文方法的运动补偿效果对比。从图中可知，本文方法的运动补偿效果要优于NLS方法，运动补偿后的目标位置与实际位置距离误差小于0.3m。
仿真内容3：未运动补偿不同方法检测性能对比
由于基于波形熵算法和SSD-GLRT算法没有考虑到由相对运动引起的一维距离像畸变问题，如果上述算法不对运动进行补偿，直接进行目标检测将导致检测性能变差。从图4中可明显得出三个检测算法的检测性能在无运动补偿时检测性能较差。这是因为目标相对运动引起的HRRP散焦导致检测性能下降。
仿真内容4：运动补偿后不同方法检测性能对比
如图5所示，通过波形对比度最优准则进行目标补偿后再使用上述算法进行目标检测，检测效果明显增强。由图5可以得出，本文所提出的检测方法优于SSD-GLRT和基于波形熵检测方法。尤其在信噪比较低情况下时，该方法对扩展目标的检测性能较优。这是因为随着信噪比的降低，距离像峰值越来越弱，导致熵值变化不明显，难以用熵值区分噪声信号和目标信号。而目标信号的一维距离像积聚的锐利峰仍然较明显，故基于波形对比度最优检测算法仍能有良好的检测性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于波形对比度最优算法的动目标恒虚警检测方法，其特征在于，包括：
根据得到的回波信号高分辨率距离像，通过调整补偿参数使波形对比度达到最优，得到运动补偿后的高分辨距离像；
给定虚警概率并获得检测门限；
根据运动补偿后的高分辨距离像和检测门限的比较来判断目标是否存在；
其中，所述通过调整补偿参数使波形对比度达到最优，得到运动补偿后的高分辨距离像具体为：定义波形对比度函数，
Figure FDA0002523507820000011
通过式(2)求得WC(α)的最大值，即为波形对比度的最优函数值；
Figure FDA0002523507820000012
构造回波信号的相位补偿因子HR，将WC(α)取得最大值时所对应的α代入到式(3)，
Figure FDA0002523507820000013
通过HR补偿相位误差获得运动补偿后的高分辨距离像；
其中，α为相位误差系数的估计值，Y表示接收到的回波信号的高分辨距离像幅度，N为距离单元的个数，i为距离单元的序数，j为虚数单位，Δf为频率步进量，f0是基带频率，n是发送步进频率的数目，c是光速，Tr是脉冲重复间隔。
2.根据权利要求1所述的一种基于波形对比度最优算法的动目标恒虚警检测方法，其特征在于，根据运动补偿后的高分辨距离像和检测门限的比较来判断目标是否存在具体为：比较运动补偿后的高分辨距离像S与检测门限T的大小，当S值大于检测门限T时，说明目标存在，当S值小于检测门限T时，说明目标不存在。
3.根据权利要求1所述的一种基于波形对比度最优算法的动目标恒虚警检测方法，其特征在于，所述检测门限是通过Neyman–Pearson准则获取的。
4.根据权利要求1所述的一种基于波形对比度最优算法的动目标恒虚警检测方法，其特征在于：检测目标的长、宽、高分别为7.6m、2.6m、3.6m。
5.根据权利要求1所述的一种基于波形对比度最优算法的动目标恒虚警检测方法，其特征在于：运动补偿后的目标与其实际位置距离误差小于0.3m。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108845371B (zh) * 2018-08-20 2020-11-03 电子科技大学 一种基于太赫兹波的安检方法及装置
CN112083511B (zh) * 2020-09-06 2023-08-08 中国人民解放军63921部队 探测载荷几何分辨率确定方法及装置
CN112748408B (zh) * 2020-12-22 2023-08-18 南京信息工程大学 一种基于ooda环的无人机自动隐身方法
CN112799046A (zh) * 2020-12-30 2021-05-14 中山联合汽车技术有限公司 基于相位峰值的速度确定方法、装置、雷达及存储介质

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5625362A (en) * 1993-11-06 1997-04-29 Siemens Aktiengesellschaft Radar equipment and method for its operation
CN103927741A (zh) * 2014-03-18 2014-07-16 中国电子科技集团公司第十研究所 增强目标特征的sar图像合成方法
CN104991241A (zh) * 2015-06-30 2015-10-21 西安电子科技大学 强杂波背景下目标信号的提取和超分辨率增强处理方法
CN105954739A (zh) * 2016-04-20 2016-09-21 电子科技大学 一种知识辅助的非参量恒虚警检测方法
CN106054154A (zh) * 2016-05-27 2016-10-26 南京邮电大学 一种基于icpf的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法
JP2016223834A (ja) * 2015-05-28 2016-12-28 株式会社東芝 目標検出装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5625362A (en) * 1993-11-06 1997-04-29 Siemens Aktiengesellschaft Radar equipment and method for its operation
CN103927741A (zh) * 2014-03-18 2014-07-16 中国电子科技集团公司第十研究所 增强目标特征的sar图像合成方法
JP2016223834A (ja) * 2015-05-28 2016-12-28 株式会社東芝 目標検出装置
CN104991241A (zh) * 2015-06-30 2015-10-21 西安电子科技大学 强杂波背景下目标信号的提取和超分辨率增强处理方法
CN105954739A (zh) * 2016-04-20 2016-09-21 电子科技大学 一种知识辅助的非参量恒虚警检测方法
CN106054154A (zh) * 2016-05-27 2016-10-26 南京邮电大学 一种基于icpf的机动目标的步进频率信号高分辨率成像方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于图像对比度最优的频率步进ISAR成像方法;陈杰 等;《国防科技大学学报》;20140228;第36卷(第1期);第93-97页 *
基于对比度最优准则的自聚焦优化算法研究;邓云凯 等;《电子学报》;20060930(第9期);第1742-1744页 *
基于波形评价准则的相位补偿方法;丁健 等;《量子电子学报》;20150731;第32卷(第4期);第399-406页 *

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