CN202033473U - 敏捷雷达目标检测装置 - Google Patents

Abstract

一种敏捷雷达目标检测装置，包括雷达、数据库以及上位机，雷达、数据库和上位机依次相连，所述的上位机包括：用以进行雷达海杂波数据预处理的数据预处理模块、用以建立预报模型的预报模型建模模块和用以进行目标检测的目标检测模块，所述数据库与所述数据预处理模块连接，所述数据预处理模块与所述预报模型建模模块连接，所述预报模型建模模块与所述目标检测模块连接。本实用新型提供一种只需较少样本、能快速响应、实现在线检测的敏捷雷达目标检测装置。

Description

敏捷雷达目标检测装置

技术领域

本实用新型涉及雷达数据处理领域，特别地，涉及一种敏捷雷达目标检测装置。

背景技术

海杂波，即来自于海面的雷达后向散射回波。近几十年来，随着对海杂波认识的深入，德国、挪威等国家相继尝试利用雷达观测海杂波获取雷达海浪图像来反演海浪信息，以获得关于海洋状态的实时信息，如海浪的波高、方向和周期等，从而进一步对海上微小目标进行检测，这对海上活动具有十分重要的意义。

海上目标检测技术具有重要的地位，提供准确的目标判决是对海雷达工作的重要任务之一。雷达自动检测系统依据判决准则在给定的检测阈值下做出判决，而强海杂波往往成为微弱目标信号的主要干扰。如何处理海杂波将直接影响到雷达在海洋环境下的检测能力：1)识别导航浮标、小片的冰，漂浮在海面的油污，这些可能会对导航带来潜在的危机；2)监测非法捕鱼是环境监测的一项重要的任务。

在传统的目标检测时，海杂波被认为是干扰导航的一种噪声被去掉。然而，在雷达对海观测目标时，微弱的运动目标回波常常湮没在海杂波中，信杂比较低，雷达不易检测到目标，同时海杂波的大量尖峰还会造成严重虚警，对雷达的检测性能产生较大影响。对于各种对海警戒和预警雷达而言，研究的主要目标是提高海杂波背景下目标的检测能力。因此，不仅具有重要的理论意义和实际意义，而且也是国内外海上目标检测的难点和热点。

发明内容

为了克服已有雷达目标检测往往所需数据量大、响应速度慢、无法实现在线检测的不足，本实用新型提供一种只需较少样本、能快速响应、实现在线检测的敏捷雷达目标检测系装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种敏捷雷达目标检测装置，包括雷达、数据库以及上位机，雷达、数据库和上位机依次相连，所述的上位机包括：用以进行雷达海杂波数据预处理的数据预处理模块、用以建立预报模型的预报模型建模模块和用以进行目标检测的目标检测模块，所述数据库与所述数据预处理模块连接，所述数据预处理模块与所述预报模型建模模块连接，所述预报模型建模模块与所述目标检测模块连接。

进一步，所述的上位机还包括：用以更新预报模型的判别模型更新模块，所述判别模型更新模块与所述预报模型建模模块连接。

再进一步，所述的上位机还包括：用以将目标检测模块的检测结果在上位机显示的结果显示模块，所述目标检测模块与所述结果显示模块连接。

本实用新型的技术构思为：本实用新型针对雷达海杂波的混沌特性，对雷达海杂波数据进行重构，并对重构后的数据进行非线性拟合，建立雷达海杂波的预报模型，计算雷达海杂波的预报值和雷达回波实测值的差，有目标存在时的误差会显著大于没有目标时，引入小样本支持向量机，从而实现海杂波背景下的快速目标检测。

本实用新型的有益效果主要表现在：1、建立了雷达海杂波预报模型，可以在线检测海上目标；2、所用的检测方法只需较少样本即可、响应速度快；3、可以快速准确检测出海杂波背景下的微小目标。

附图说明

图1是本实用新型所提出的装置的硬件结构图；

图2是本实用新型所提出的上位机的功能模块图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。本实用新型实施例用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

参照图1、图2，一种敏捷雷达目标检测装置，包括雷达1、数据库2及上位机3，雷达1、数据库2和上位机3依次相连，所述雷达1对所检测海域进行照射，并将雷达海杂波数据储存到所述的数据库2，所述的上位机3包括：

数据预处理模块4，用以进行雷达海杂波数据预处理，采用如下过程完成：

1)从数据库中采集N个雷达海杂波回波信号幅值x_i作为训练样本，i＝1，...，N；

2)对训练样本进行归一化处理，得到归一化幅值

${\stackrel{\‾}{x}}_i=\frac{x_i-\min x}{\max x-\min x}$

其中，min x表示训练样本中的最小值，max x表示训练样本中的最大值；

3)将归一化后的训练样本重构，分别得到输入矩阵X和对应的输出矩阵Y：

$X=\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\‾}{x}}_1& {\stackrel{\‾}{x}}_2& L& {\stackrel{\‾}{x}}_D\\ {\stackrel{\‾}{x}}_2& {\stackrel{\‾}{x}}_3& L& {\stackrel{\‾}{x}}_{D+1}\\ M& M& O& M\\ {\stackrel{\‾}{x}}_{N-D}& {\stackrel{\‾}{x}}_{N-D+1}& L& {\stackrel{\‾}{x}}_{N-1}\end{array}\right]$

$Y=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{x}}_{D+1}\\ {\stackrel{\‾}{x}}_{D+2}\\ M\\ {\stackrel{\‾}{x}}_N\end{array}\right]$

其中，D表示重构维数，D为自然数，且D＜N，D的取值范围为50-70；

海杂波模型建模模块5，用以建立预报模型，采用如下过程完成：

将得到的X、Y代入如下二次规划问题：

$\underset{{\mathrm{\α},\mathrm{\α}}^{*}}{\max }\{-\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_i^{*})({\mathrm{\α}}_j-{\mathrm{\α}}_j^{*})\exp (-||{\stackrel{\‾}{x}}_i-{\stackrel{\‾}{x}}_j||/{\mathrm{\θ}}^2)-\mathrm{\ϵ}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\α}}_i+{\mathrm{\α}}_i^{*})+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_i^{*})\}$

s.t. $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_i^{*})=0$

0≤α_i≤γ

$0\≤{\mathrm{\α}}_i^{*}\≤\mathrm{\γ}$

求解得待估计函数f(x)：

$f\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\α}}_i^{*}-{\mathrm{\α}}_i)\exp (-||x-x_i||/{\mathrm{\θ}}^2)$

其中，M是支持向量的数目，α_i和α_j是拉格朗日乘子，

和

是支持向量，其中，i＝1，…，M，j＝1，…，M，

和exp(-||x-x_i||/θ²)均为支持向量机的核函数，x_j为第j个雷达海杂波回波信号幅值，θ是核参数，ε是不敏感系数，x表示输入变量，y_i是Y的第i个分量，γ是惩罚系数；

目标检测模块6，用以进行目标检测，采用如下过程完成：

1)在采样时刻t采集D个海杂波回波信号幅值得到TX＝[x_t-D+1，K，x_t]，x_t-D+1表示第t-D+1采样时刻的海杂波回波信号幅值，x_t表示第t采样时刻的海杂波回波信号幅值；

2)进行归一化处理；

$\stackrel{\‾}{\mathrm{TX}}=\frac{\mathrm{TX}-\min x}{\max x-\min x}$

3)代入海杂波模型建模模块得到的待估计函数f(x)得到采样时刻(t+1)的海杂波预报值；

4)计算海杂波预报值与雷达回波实测值的差值e，计算控制限Q_α：

$Q_{\mathrm{\α}}={\mathrm{\θ}}_1{[\frac{C_{\mathrm{\α}}{h}_0\sqrt{2{\mathrm{\θ}}_2}}{{\mathrm{\θ}}_1}+1+\frac{{\mathrm{\θ}}_2{h}_0(h_0-1)}{{\mathrm{\θ}}_2}]}^{\frac{1}{h_0}}$

${\mathrm{\θ}}_i=\underset{j=k+1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_j^i,$ i＝1，2，3

$h_0=1-\frac{2{\mathrm{\θ}}_1{\mathrm{\θ}}_3}{3{\mathrm{\θ}}_2^2}$

其中，α是置信度，θ₁，θ₂，θ₃，h₀是中间变量，λ_j ⁱ表示协方差矩阵的第j个特征值的i次方，k是样本维数，C_α是正态分布置信度为α的统计；

5)进行检测判断：当e²差值大于控制限Q_α时，该点存在目标，否则没有目标。

所述的上位机3还包括：模型更新模块8，按设定的采样时间间隔，采集数据，将得到的实测数据与海杂波预报值比较，如果相对误差大于10％，则将新数据加入训练样本数据，更新建模模块的待估计函数。

所述上位机3还包括：结果显示模块7，用于将目标检测模块得到的检测结果在上位机显示。

所述上位机3的硬件部分包括：I/O元件，用于数据的采集和信息的传递；数据存储器，存储运行所需的数据样本和运行参数等；程序存储器，存储实现功能模块的软件程序；运算器，执行程序，实现指定的功能；显示模块，显示设置的参数和检测结果。

Claims (3)

1.一种敏捷雷达目标检测装置，包括雷达、数据库以及上位机，雷达、数据库和上位机依次相连，其特征在于：所述的上位机包括：用以进行雷达海杂波数据预处理的数据预处理模块、用以建立预报模型的预报模型建模模块和用以进行目标检测的目标检测模块，所述数据库与所述数据预处理模块连接，所述数据预处理模块与所述预报模型建模模块连接，所述预报模型建模模块与所述目标检测模块连接。

2.如权利要求1所述的敏捷雷达目标检测装置，其特征在于：所述的上位机还包括：用以更新预报模型的判别模型更新模块，所述判别模型更新模块与所述预报模型建模模块连接。

3.如权利要求1或2所述的敏捷雷达目标检测装置，其特征在于：所述的上位机还包括：用以将目标检测模块的检测结果在上位机显示的结果显示模块，所述目标检测模块与所述结果显示模块连接。

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