CN113406592B - 一种高频地波雷达弱目标积累检测方法、计算设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高频地波雷达弱目标积累检测方法、计算设备，其中方法包括：获取高频地波雷达的回波信号，进行脉冲压缩得到高频地波雷达脉压信号；依据高频地波雷达参数设置径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索的搜索参数；根据搜索参数进行高频地波雷达的目标轨迹信号抽取；沿高频地波雷达慢时间维构建相位补偿函数；沿着高频地波雷达脉冲序列，补偿抽取的目标轨迹信号的在脉冲间的相位波动，将补偿后的目标轨迹信号的回波包络同相相加，完成相参积累；基于相参积累的结果进行三维联合恒虚警率检测，判断是否检测到目标；对检测出的目标进行参数估计，并输出。本发明能够提升高频地波雷达对高速、高机动弱目标的检测性能。

Description

一种高频地波雷达弱目标积累检测方法、计算设备
技术领域
本发明涉及目标检测技术领域，特别涉及一种高频地波雷达弱目标积累检测方法、计算设备及计算机可读存储介质。
背景技术
高频地波雷达(High Frequency Surface Wave Radar)利用长电磁波在地球表面(包括海面)的绕射效应使电磁波沿地球曲面传播。基于高频段垂直极化电磁波沿海面超水平线传播损耗低的特点，高频地波雷达可以检测超视距的船、飞机、导弹等目标，作用距离大致为300～400km，因此高频地波雷达可以填补微波视距雷达与天波超视距雷达所探测不到的盲区。此外，由于传播稳定、工作波长较长等特点，高频地波雷达能有效抑制现有隐身技术的隐身作用，具有抗隐身的能力，能发现从海平面直到高空的各种目标。
虽然高频地波雷达可对其作用范围内实施全天候连续监视，及时发现作用范围内的海面船只和空中运动目标，测定目标的距离、方位和径向速度，并进行目标的航迹处理，给出目标的基本属性特征；但是，仅根据海面船只和空中运动目标的距离、方位和径向速度，无法正确地对目标属性进行划分。当目标运动方向与雷达视线方向夹角很大时，目标的真实运动速度与径向速度存在较大差距，例如，当超音速战斗机以接近垂直雷达视线的方向飞行时，雷达测得的其径向速度将趋近于零，这给正确划分目标属性造成了巨大的困难，因此，有必要通过技术手段获得目标的真实速度，而目前常规雷达解算方法都无法正确获得高频地波雷达监测目标真实的运动速度。
此外，随着各类高速、高机动性目标不断出现，例如超高音速无人机、高空高音速巡航导弹、弹道导弹与空间高机动飞行器等，特别是高速运动的弱目标，高频地波雷达能接收到的回波信号极其微弱，信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)极低，现有的高频地波雷达脉冲积累法遭遇了巨大挑战，难以获得准确的测量结果。
发明内容
本发明提供了一种高频地波雷达弱目标积累检测方法、计算设备及计算机可读存储介质，能够对高频地波雷达探测结果进行距离徙动校正与多普勒相位补偿，同时能够测量目标真实速度，实现提高雷达回波的积累增益，抑制噪声与杂波干扰，从而有效提升对高速弱目标的检测性能。
第一方面，本发明实施例提供了一种高频地波雷达弱目标积累检测方法，包括：
步骤S1、获取高频地波雷达的回波信号，进行脉冲压缩，得到高频地波雷达脉压信号；
步骤S2、根据高频地波雷达的参数，设置径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索的搜索参数；
步骤S3、对所述高频地波雷达脉压信号进行径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索；
步骤S4、根据搜索参数进行高频地波雷达的目标轨迹信号抽取；
步骤S5、沿高频地波雷达慢时间维构建相位补偿函数；
步骤S6、沿着高频地波雷达脉冲序列，补偿抽取的目标轨迹信号在脉冲间的相位波动，将补偿后目标轨迹信号的回波包络同相相加，完成相参积累；
步骤S7、设置检测参数，基于相参积累的结果进行三维恒虚警率检测，判断是否检测到目标，是则执行下一步骤；
步骤S8、对检测出的目标进行参数估计，根据目标的径向速度与真实速度划分目标属性，并输出目标检测结果与目标属性。
优选地，所述步骤S7包括：
步骤S7-1、初始化检测参数，设定虚警概率Pfa，分别在径向距离域、径向速度域和真实速度域三个检测域中，根据完成相参积累的目标峰值在检测域所占单元数，设定参考单元与保护单元的数目；
步骤S7-2、分别在径向距离域、径向速度域和真实速度域三个检测域中，根据参考单元数目及虚警概率Pfa计算对应的CFAR门限因子，表达式为：
Figure GDA0003626734010000021
其中，T表示在一个检测域中对应的CFAR门限因子，Nc表示在检测域中参考单元的数目；
步骤S7-3、分别在径向距离域、径向速度域和真实速度域三个检测域中，根据检测单元及多个参考单元，计算噪声基底，噪声基底等于一个检测域中每个参考单元所对应的相参积累回波幅度求和后除以参考单元的数目；
步骤S7-4、分别在径向距离域、径向速度域和真实速度域三个检测域中，计算检测单元对应的检测门限，表达式为：
S＝T*N
其中，S为一个检测域中对应的检测门限，T为检测域中对应的CFAR门限因子，N为检测域中对应的噪声基底；
步骤S7-5、判断检测单元在径向速度域、径向距离域和真实速度域三个检测域中的相参积累回波幅度是否均过对应的检测门限，若是，且该检测单元是峰值单元，则判定为一个目标，若否，则判定为非目标；
步骤S7-6、判断是否遍历完所有检测单元，是则执行下一步骤，否则检测单元步进，并返回步骤S7-2。
优选地，所述步骤S8，对检测出的目标进行参数估计时，通过三点二次插值法得到各检测域中峰值目标参数估值大小；
当目标对应的峰值出现在第J个单元，利用峰值所在的第J个单元的相参积累幅度、峰值相邻的第J-1个单元的相参积累幅度及峰值相邻的第J+1个单元的相参积累幅度进行三点二次插值，估算出最大值所在单元对应的参数值，作为一个检测域中峰值目标参数估值大小，表达式为：
Figure GDA0003626734010000031
其中，xJ表示第J个单元的参数值，f(J)表示第J个单元的相参积累幅度。
优选地，所述步骤S1中，得到高频地波雷达脉压信号的表达式为：
Figure GDA0003626734010000032
其中，tm＝mTr(m＝0,1,...,M-1)表示慢时间，M为高频地波雷达脉冲积累数，Tr为高频地波雷达脉冲周期，τ表示快时间，K为目标数，Ai1为第i个目标高频地波雷达脉压信号幅度，B表示高频地波雷达发射信号带宽，c为光速，λ＝c/fc表示高频地波雷达波长，fc为高频地波雷达载波频率，ri(tm)为第i个目标的径向距离方程。
优选地，所述步骤S2中，设置径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索的搜索参数，包括：
步骤S2-1、根据高频地波雷达的威力范围0～Rmax，设定径向距离搜索范围rmin～rmax：
rmin＝0,rmax＝Rmax
根据高频地波雷达的无模糊测速范围
Figure GDA0003626734010000041
设定径向速度搜索范围
Figure GDA0003626734010000042
Figure GDA0003626734010000043
根据高频地波雷达探测目标类型最大速度Vmax，设定真实速度搜索范围vmin～vmax：
vmin＝0,vmax＝Vmax
步骤S2-2、根据高频地波雷达距离波门大小设置径向距离搜索间隔：
Figure GDA0003626734010000044
其中fs为高频地波雷达采样率大小，c为光速；
根据高频地波雷达多普勒分辨率设置径向速度搜索间隔：
Figure GDA0003626734010000045
根据高频地波雷达多普勒分辨率设置速度搜索间隔：
Figure GDA0003626734010000046
步骤S2-3、确定目标的距离、径向速度和真实速度的搜索数目，分别表示为：
Figure GDA0003626734010000047
Figure GDA0003626734010000048
Figure GDA0003626734010000049
其中round(·)表示取整操作，取整方法是四舍五入；
步骤S2-4、得到离散化的搜索距离、搜索径向速度和搜索真实速度，分别表示为：
rn＝nΔr,n＝0,1,…,Nr-1
Figure GDA0003626734010000051
vq＝qΔv,q＝0,1,…,Nv-1
完成搜索参数
Figure GDA0003626734010000052
设置。
优选地，所述步骤S3中，对所述高频地波雷达脉压信号进行径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索，包括：
得到径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索的定义式为：
Figure GDA0003626734010000053
其中，r代表搜索的径向距离单元，
Figure GDA0003626734010000054
代表搜索的径向速度单元，v代表搜索的真实速度单元，
Figure GDA0003626734010000055
表示搜索参数为
Figure GDA0003626734010000056
的相参积累幅度值；
代入高频地波雷达脉压信号sc(tm,τ)表达式，有：
Figure GDA0003626734010000057
其中，
Figure GDA0003626734010000058
代表搜索的径向距离值，对应tm时刻。
优选地，所述步骤S4中，根据搜索参数进行高频地波雷达的目标轨迹信号抽取，包括：
在搜索参数
Figure GDA0003626734010000059
情况下，计算每个脉冲周期回波包络的跨距离单元数，表达式为：
Figure GDA00036267340100000510
将每个脉冲周期回波包络对齐到初始径向距离所在的距离单元，完成高频地波雷达的目标轨迹信号抽取，表达式为：
s(tm)＝sc(tm,k(tm))
其中，s(tm)表示抽取的tm时刻的目标轨迹信号。
优选地，所述步骤S5中，沿高频地波雷达慢时间维构建相位补偿函数，表达式为：
Figure GDA0003626734010000061
所述步骤S6中，将补偿后目标轨迹信号的回波包络同相相加，完成相参积累，表达式为：
Figure GDA0003626734010000062
其中，
Figure GDA0003626734010000063
表示搜索参数为
Figure GDA0003626734010000064
的相参积累幅度值。
第二方面，本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一实施例所述的高频地波雷达弱目标积累检测方法。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一实施例所述的高频地波雷达弱目标积累检测方法。
本发明实施例提供了一种高频地波雷达弱目标积累检测方法、计算设备及计算机可读存储介质，本发明针对高频地波雷达，根据雷达系统的参数，设置径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索的搜索范围与搜索间隔，对高频地波雷达脉压信号进行径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索，基于高频地波雷达探测结果进行距离徙动校正与多普勒相位补偿，合理利用包含径向速度、径向距离、真实速度三维信息的匀速运动模型，可以在完成高频地波雷达目标能量积累的同时，具备高信噪比增益的特性，并实现对目标真实速度的估计，以便对各类目标正确划分目标属性，同时通过增加目标真实速度域检测信息，进一步提高了高速弱目标的检测概率，提升高频地波雷达对微弱高速、高机动目标的检测性能。
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是本发明一实施例提供的一种高频地波雷达弱目标积累检测方法流程图；
图2(a)是本发明一实施例提供的一种高频地波雷达弱目标积累检测方法所得的RD图；图2(b)为MTD方法所得的RD图；
图3示出了本发明一实施例提供的一种高频地波雷达弱目标积累检测方法与MTD方法在径向速度域检测结果；
图4示出了本发明一实施例提供的一种高频地波雷达弱目标积累检测方法与MTD方法在径向距离域检测结果；
图5示出了本发明一实施例提供的一种高频地波雷达弱目标积累检测方法与MTD方法在真实速度域检测结果；
图6示出了本发明一实施例提供的一种高频地波雷达弱目标积累检测方法所绘制的目标真实速度谱；
图7示出了本发明一实施例提供的一种高频地波雷达弱目标积累检测方法与现有径向匀速运动相参积累方法性能对比。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如前所述，目标的高速特性导致传统相参积累过程中将产生距离徙动(RangeMigration,RM)现象，目标的高机动特性也将导致多普勒频率徙动(Doppler FrequencyMigration,DFM)问题，使得传统的高频地波雷达相参积累方法在高速弱目标探测中面临着严峻的挑战。本发明借鉴广义Radon傅里叶变换(Generalized Radon Fourier Transform，GRFT)方法多维联合搜索的思想，对高频地波雷达脉压后的回波数据，按照径向与非径向统一的匀速模型，进行径向速度、径向距离以及真实速度三维联合搜索，通过抽取目标轨迹信号、构造相应的相位补偿函数，对抽取出的目标轨迹信号进行相位补偿，将补偿后的目标轨迹信号同相相加，完成对目标能量的相参积累，本发明提出一种高频地波雷达弱目标积累检测方法，该方法基于GRFT方法且具备测速功能，记为CVGRFT方法。
下面描述以上构思的具体实现方式。
请参考图1，本发明实施例提供了一种高频地波雷达弱目标积累检测方法，该方法包括：
步骤S1、获取高频地波雷达的回波信号，进行脉冲压缩，得到高频地波雷达脉压信号；
步骤S2、根据高频地波雷达的参数，设置径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索的搜索参数；
步骤S3、对高频地波雷达脉压信号进行径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索；
步骤S4、根据搜索参数进行高频地波雷达的目标轨迹信号抽取；
步骤S5、沿高频地波雷达慢时间维构建相位补偿函数，用于补偿抽取的目标轨迹信号在脉冲间的相位波动；
步骤S6、沿着高频地波雷达脉冲序列，补偿抽取的目标轨迹信号在脉冲间的相位波动，将补偿后的目标轨迹信号的回波包络同相相加，完成相参积累；
步骤S7、设置检测参数，基于相参积累的结果进行三维恒虚警率检测，判断是否检测到目标，若检测到目标，则执行下一步骤，即继续执行步骤S8，否则检测单元步进，直至遍历所有检测单元；
步骤S8、对检测出的目标进行参数估计，根据目标的径向速度与真实速度划分目标属性，并输出目标检测结果与目标属性。
本发明实施例中，在完成高频地波雷达回波信号相参积累之后，进行径向距离、径向速度与真实速度三维搜索空间的联合CFAR(恒虚警率)检测与目标参数估计，通过增加真实速度谱信息来进一步提高真实目标的检测概率，具有较大的性能优势，可以有效地提高高频地波雷达高速运动目标的检测概率，减小漏警概率。
下面描述图1所示的各个步骤的执行方式。
可选地，针对步骤S1中，得到高频地波雷达脉压信号sc(tm,τ)的表达式为：
Figure GDA0003626734010000091
其中，tm＝mTr(m＝0,1,...,M-1)表示慢时间，M为高频地波雷达脉冲积累数，Tr为高频地波雷达脉冲周期，τ表示快时间，K为目标数，Ai1为第i个目标高频地波雷达脉压信号幅度，B表示高频地波雷达发射信号带宽，c为光速，λ＝c/fc表示高频地波雷达波长，fc为高频地波雷达载波频率，ri(tm)为第i个目标的径向距离方程。
可选地，针对步骤S2中，设置径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索的搜索参数，包括：
步骤S2-1、依据高频地波雷达参数初始化搜索参数，确定目标的径向距离、径向速度和真实速度的搜索范围。
根据高频地波雷达的威力范围0～Rmax，设定径向距离搜索范围rmin～rmax：
rmin＝0,rmax＝Rmax
根据高频地波雷达的无模糊测速范围
Figure GDA0003626734010000092
设定径向速度搜索范围
Figure GDA0003626734010000093
Figure GDA0003626734010000094
其中λ为高频地波雷达波长，Tr为高频地波雷达脉冲周期，M为高频地波雷达脉冲积累数；
根据高频地波雷达探测目标类型(包括海面舰船和海面飞行目标)最大速度Vmax，设定真实速度搜索范围vmin～vmax：
vmin＝0,vmax＝Vmax
步骤S2-2、根据高频地波雷达参数确定径向距离、径向速度和真实速度的搜索间隔。
根据高频地波雷达距离波门大小设置径向距离的搜索间隔，表示为：
Figure GDA0003626734010000095
其中，fs为高频地波雷达采样率，c为光速；
根据高频地波雷达多普勒分辨率设置径向速度搜索间隔，表示为：
Figure GDA0003626734010000096
真实速度的搜索间隔与径向速度的搜索间隔保持一致，即，根据高频地波雷达多普勒分辨率设置速度搜索间隔，表示为：
Figure GDA0003626734010000101
步骤S2-3、确定目标的距离、径向速度和真实速度的搜索数目，分别表示为：
Figure GDA0003626734010000102
Figure GDA0003626734010000103
Figure GDA0003626734010000104
其中round(·)表示取整操作，取整方法是四舍五入，M为高频地波雷达脉冲积累数；
步骤S2-4、得到离散化的搜索距离、搜索径向速度和搜索真实速度，分别表示为：
rn＝nΔr,n＝0,1,…,Nr-1
Figure GDA0003626734010000105
vq＝qΔv,q＝0,1,…,Nv-1
完成搜索参数
Figure GDA0003626734010000106
设置。
可选地，针对步骤S3中，对高频地波雷达脉压信号进行径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索，包括：
得到径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索的定义式为：
Figure GDA0003626734010000107
其中，r代表搜索的径向距离单元，
Figure GDA0003626734010000108
代表搜索的径向速度单元，v代表搜索的真实速度单元，
Figure GDA0003626734010000109
表示搜索参数为
Figure GDA00036267340100001010
的相参积累幅度值；
代入高频地波雷达脉压信号sc(tm,τ)表达式，有：
Figure GDA00036267340100001011
其中，
Figure GDA0003626734010000111
代表搜索的径向距离值，对应tm时刻。
由上式可知，只有在每个脉冲周期tm时刻，r(tm)与ri(tm)恒等时，有积累峰值；同时，相位项中ri(tm)-r(tm)利用平方差公式展开有：
Figure GDA0003626734010000112
可得到，r(tm)与ri(tm)恒等时有积累峰值，等价于搜索检测域目标参数相符时有积累峰值。
可选地，针对步骤S4中，根据搜索参数进行高频地波雷达的目标轨迹信号抽取，包括：
在搜索参数
Figure GDA0003626734010000113
情况下，计算每个脉冲周期回波包络的跨距离单元数，表达式为：
Figure GDA0003626734010000114
round(·)表示取整操作，取整方法是四舍五入；
将每个脉冲周期回波包络对齐到初始径向距离所在的距离单元，完成高频地波雷达的目标轨迹信号抽取，表达式为：
s(tm)＝sc(tm,k(tm))
其中，s(tm)表示抽取的tm时刻的目标轨迹信号，也即抽取的高频地波雷达目标tm时刻的目标轨迹。通过把回波包络对齐在初始径向距离单元，也即避免了距离徙动现象。
可选地，针对步骤S5中，沿高频地波雷达慢时间维构建相位补偿函数，表达式为：
Figure GDA0003626734010000115
其中，φ(tm)表示tm时刻对应的相位补偿函数；
步骤S6中，将补偿后目标轨迹信号的回波包络同相相加，完成相参积累，表达式为：
Figure GDA0003626734010000116
其中，
Figure GDA0003626734010000117
表示搜索参数为
Figure GDA0003626734010000118
的相参积累幅度值。
可选地，步骤S7中，设置检测参数，基于相参积累的结果进行恒虚警率检测，判断是否检测到目标，是则执行下一步骤，包括：
步骤S7-1、初始化检测参数，设定虚警概率Pfa，分别在径向距离域、径向速度域和真实速度域三个检测域中，根据完成相参积累的目标峰值在检测域所占单元数，设定参考单元与保护单元的数目；保护单元为目标单元在检测域相邻的左、右单元，参考单元在保护单元的外侧，即远离检测单元的两侧，一般选择2的整数倍，如8、16、32；
步骤S7-2、分别在径向距离域、径向速度域和真实速度域三个检测域中，根据参考单元数目及虚警概率Pfa计算对应的CFAR门限因子，表达式为：
Figure GDA0003626734010000121
其中，T表示在一个检测域中对应的CFAR门限因子，Nc表示在检测域中参考单元的数目；
步骤S7-3、分别在径向距离域、径向速度域和真实速度域三个检测域中，根据检测单元及多个参考单元，计算噪声基底，噪声基底等于一个检测域中每个参考单元所对应的相参积累回波幅度求和后除以参考单元的数目，即，分别在径向速度域、径向距离域与真实速度域以其参考单元的平均作为该域的噪声基底大小，表达式为：
Figure GDA0003626734010000122
其中，N为一个检测域中对应的噪声基底，
Figure GDA0003626734010000123
为每个参考单元所对应的相参积累回波幅度求和；
步骤S7-4、分别在径向距离域、径向速度域和真实速度域三个检测域中，计算检测单元对应的检测门限，表达式为：
S＝T*N
其中，S为一个检测域中对应的检测门限，T为检测域中对应的CFAR门限因子，N为检测域中对应的噪声基底；
步骤S7-5、判断检测单元在径向速度域、径向距离域和真实速度域三个检测域中的相参积累回波幅度是否均过对应的检测门限，若是，且该检测单元是峰值单元，则判定为一个目标，若否，则判定为非目标；
步骤S7-6、判断是否遍历完所有检测单元，是则执行下一步骤，否则检测单元步进，并返回步骤S7-2。
可选地，步骤S8中，对检测出的目标进行参数估计时，通过三点二次插值法得到各检测域中峰值目标参数估值大小。目标相参积累形成的尖峰通常会占据若干单元，因此若在积累记结果中遇到一个峰值，则其可能为目标，这就是文中所说的峰值目标；而目标峰值是在这若干个单元中，幅度最大的单元的幅度信息，即目标峰值。
在一个检测域中通过三点二次插值法进行参数估计，包括：
当目标对应的峰值出现在第J个单元，利用峰值所在的第J个单元的相参积累幅度、峰值相邻的第J-1个单元的相参积累幅度及峰值相邻的第J+1个单元的相参积累幅度进行三点二次插值，估算出最大值所在单元对应的参数值，作为一个检测域中峰值目标参数估值大小，表达式为：
Figure GDA0003626734010000131
其中，
Figure GDA0003626734010000132
表示一个检测域中峰值目标参数估值大小，xJ表示第J个单元的参数值，f(J)表示第J个单元的相参积累幅度。
采用上述方式在分别在径向距离域、径向速度域和真实速度域三个检测域计算峰值目标参数估值大小，即可得到估计的径向距离、估计的径向速度和估计的真实速度。
可选地，步骤S8中，对检测出的目标进行参数估计，包括：
对于被检测为目标的三维单元(i,j,k)，可以计算得到目标径向距离、径向速度与真实速度的初步估计值为：
Figure GDA0003626734010000133
Figure GDA0003626734010000134
Figure GDA0003626734010000135
其中，
Figure GDA0003626734010000136
表示初步估计的径向距离，
Figure GDA0003626734010000137
表示初步估计的径向速度，
Figure GDA0003626734010000138
表示初步估计的真实速度。
得到初步估计值后，可通过三点二次插值法进行修正。
本发明还对提供的高频地波雷达弱目标积累检测方法性能进行了验证。如图2(a)至图5所示，对5120个高频地波雷达实测脉冲数据，分别进行MTD(动目标检测)方法、本发明提供的高频地波雷达弱目标积累检测方法(简称CVGRFT方法)处理，得到RD图分别如图2(b)、2(a)所示，对积累的结果进行基于CVGRFT三个检测域的CFAR检测，在径向距离域、径向速度域以及真实速度域三个检测域中分别取定参考单元、保护单元以及CFAR门限因子，检测结果如图3至图5所示，从检测结果可以看到，MTD方法共检测出10个目标，而CVGRFT方法积累下共检测出16个目标，其中被MTD方法积累后检测出来的10个目标均能够在本发明方法积累情况下被检测出来，同时有6个目标在MTD积累后信噪比未超过检测门限，而在本发明方法情况下能够被正确检测出来，由此可见，本发明方法对于高频地波雷达系统而言，在具备目标真实速度测量功能的同时，能够有效地提高高速弱目标的相参积累性能，进一步提高高速弱目标的检测概率。图6示出了高频地波雷达弱目标检测方法所绘制的目标真实速度谱，对应测速功能。测速结果大小为262.9m/s，径向速度峰值为-129.2m/s，目标远离雷达运动。在真实速度与径向距离切片下，对比了径向速度谱，图7示出了高频地波雷达弱目标积累检测方法与现有径向匀速运动相参积累方法(即MTD方法、基于Keystone变换的相参积累方法，简称KT方法、基于Radon傅里叶变换的相参积累方法，简称RFT方法)性能对比，在同样积累时长条件下，CVGRFT方法积累峰值113.7dB，RFT方法峰值均为109.5dB，KT积累峰值为109.2dB，MTD方法积累峰值109.3dB，可知本发明提供的CVGRFT方法积累尖峰最为尖锐，杂波基底有所减低，信杂比提升。
本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任一实施例中的一种高频地波雷达弱目标积累检测方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例中的一种高频地波雷达弱目标积累检测方法。
具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种高频地波雷达弱目标积累检测方法，其特征在于，包括：
步骤S1、获取高频地波雷达的回波信号，进行脉冲压缩，得到高频地波雷达脉压信号；
步骤S2、根据高频地波雷达的参数，设置径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索的搜索参数；
步骤S3、对所述高频地波雷达脉压信号进行径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索；
步骤S4、根据搜索参数进行高频地波雷达的目标轨迹信号抽取；
步骤S5、沿高频地波雷达慢时间维构建相位补偿函数；
步骤S6、沿着高频地波雷达脉冲序列，补偿抽取的目标轨迹信号在脉冲间的相位波动，将补偿后目标轨迹信号的回波包络同相相加，完成相参积累；
步骤S7、设置检测参数，基于相参积累的结果进行三维恒虚警率检测，判断是否检测到目标，是则执行下一步骤；
步骤S8、对检测出的目标进行参数估计，根据目标的径向速度与真实速度划分目标属性，并输出目标检测结果与目标属性；
所述步骤S7包括：
步骤S7-1、初始化检测参数，设定虚警概率Pfa，分别在径向距离域、径向速度域和真实速度域三个检测域中，根据完成相参积累的目标峰值在检测域所占单元数，设定参考单元与保护单元的数目；
步骤S7-2、分别在径向距离域、径向速度域和真实速度域三个检测域中，根据参考单元数目及虚警概率Pfa计算对应的CFAR门限因子，表达式为：
Figure FDA0003626732000000011
其中，T表示在一个检测域中对应的CFAR门限因子，Nc表示在检测域中参考单元的数目；
步骤S7-3、分别在径向距离域、径向速度域和真实速度域三个检测域中，根据检测单元及多个参考单元，计算噪声基底，噪声基底等于一个检测域中每个参考单元所对应的相参积累回波幅度求和后除以参考单元的数目；
步骤S7-4、分别在径向距离域、径向速度域和真实速度域三个检测域中，计算检测单元对应的检测门限，表达式为：
S＝T*N
其中，S为一个检测域中对应的检测门限，T为检测域中对应的CFAR门限因子，N为检测域中对应的噪声基底；
步骤S7-5、判断检测单元在径向速度域、径向距离域和真实速度域三个检测域中的相参积累回波幅度是否均过对应的检测门限，若是，且该检测单元是峰值单元，则判定为一个目标，若否，则判定为非目标；
步骤S7-6、判断是否遍历完所有检测单元，是则执行下一步骤，否则检测单元步进，并返回步骤S7-2。
2.根据权利要求1所述的高频地波雷达弱目标积累检测方法，其特征在于，所述步骤S8，对检测出的目标进行参数估计时，通过三点二次插值法得到各检测域中峰值目标参数估值大小；
当目标对应的峰值出现在第J个单元，利用峰值所在的第J个单元的相参积累幅度、峰值相邻的第J-1个单元的相参积累幅度及峰值相邻的第J+1个单元的相参积累幅度进行三点二次插值，估算出最大值所在单元对应的参数值，作为一个检测域中峰值目标参数估值大小，表达式为：
Figure FDA0003626732000000021
其中，xJ表示第J个单元的参数值，f(J)表示第J个单元的相参积累幅度。
3.根据权利要求1所述的高频地波雷达弱目标积累检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，得到高频地波雷达脉压信号的表达式为：
Figure FDA0003626732000000022
其中，tm＝mTr(m＝0,1,...,M-1)表示慢时间，M为高频地波雷达脉冲积累数，Tr为高频地波雷达脉冲周期，τ表示快时间，K为目标数，Ai1为第i个目标高频地波雷达脉压信号幅度，B表示高频地波雷达发射信号带宽，c为光速，λ＝c/fc表示高频地波雷达波长，fc为高频地波雷达载波频率，ri(tm)为第i个目标的径向距离方程。
4.根据权利要求3所述的高频地波雷达弱目标积累检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，设置径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索的搜索参数，包括：
步骤S2-1、根据高频地波雷达的威力范围0～Rmax，设定径向距离搜索范围rmin～rmax：
rmin＝0,rmax＝Rmax
根据高频地波雷达的无模糊测速范围
Figure FDA0003626732000000031
设定径向速度搜索范围
Figure FDA0003626732000000032
Figure FDA0003626732000000033
根据高频地波雷达探测目标类型最大速度Vmax，设定真实速度搜索范围vmin～vmax：
vmin＝0,vmax＝Vmax
步骤S2-2、根据高频地波雷达距离波门大小设置径向距离搜索间隔：
Figure FDA0003626732000000034
其中fs为高频地波雷达采样率大小，c为光速；
根据高频地波雷达多普勒分辨率设置径向速度搜索间隔：
Figure FDA0003626732000000035
根据高频地波雷达多普勒分辨率设置速度搜索间隔：
Figure FDA0003626732000000036
步骤S2-3、确定目标的距离、径向速度和真实速度的搜索数目，分别表示为：
Figure FDA0003626732000000037
Nr＝M
Figure FDA0003626732000000038
其中round(·)表示取整操作，取整方法是四舍五入；
步骤S2-4、得到离散化的搜索距离、搜索径向速度和搜索真实速度，分别表示为：
rn＝nΔr,n＝0,1,…,Nr-1
Figure FDA0003626732000000041
vq＝qΔv,q＝0,1,…,Nv-1
完成搜索参数
Figure FDA0003626732000000042
设置。
5.根据权利要求4所述的高频地波雷达弱目标积累检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，对所述高频地波雷达脉压信号进行径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索，包括：
得到径向距离、径向速度和真实速度三维联合搜索的定义式为：
Figure FDA0003626732000000043
其中，r代表搜索的径向距离单元，
Figure FDA0003626732000000044
代表搜索的径向速度单元，v代表搜索的真实速度单元，
Figure FDA0003626732000000045
表示搜索参数为
Figure FDA0003626732000000046
的相参积累幅度值；
代入高频地波雷达脉压信号sc(tm,τ)表达式，有：
Figure FDA0003626732000000047
其中，
Figure FDA0003626732000000048
代表搜索的径向距离值，对应tm时刻。
6.根据权利要求5所述的高频地波雷达弱目标积累检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据搜索参数进行高频地波雷达的目标轨迹信号抽取，包括：
在搜索参数
Figure FDA0003626732000000049
情况下，计算每个脉冲周期回波包络的跨距离单元数，表达式为：
Figure FDA00036267320000000410
将每个脉冲周期回波包络对齐到初始径向距离所在的距离单元，完成高频地波雷达的目标轨迹信号抽取，表达式为：
s(tm)＝sc(tm,k(tm))
其中，s(tm)表示抽取的tm时刻的目标轨迹信号。
7.根据权利要求6所述的高频地波雷达弱目标积累检测方法，其特征在于，
所述步骤S5中，沿高频地波雷达慢时间维构建相位补偿函数，表达式为：
Figure FDA0003626732000000051
所述步骤S6中，将补偿后目标轨迹信号的回波包络同相相加，完成相参积累，表达式为：
Figure FDA0003626732000000052
其中，
Figure FDA0003626732000000053
表示搜索参数为
Figure FDA0003626732000000054
的相参积累幅度值。
8.一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-7中任一项所述的高频地波雷达弱目标积累检测方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求1-7中任一项所述的高频地波雷达弱目标积累检测方法。
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