[發(fā)明專利]一種利用時頻分析和恒虛警技術(shù)的高頻雷達目標(biāo)聯(lián)合檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011050344.5
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112180354B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周浩;楊智清;文必洋
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G01S13/04
• 分類號: G01S13/04;G01S13/87;G01S7/02;G01S7/41
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 羅飛

本發(fā)明提供了一種利用時頻分析和恒虛警技術(shù)的高頻雷達目標(biāo)聯(lián)合檢測方法，首先對雷達回波信號進行預(yù)處理方便提取時頻脊。預(yù)處理過程是首先對雷達回波信號進行時頻表示，之后進行二值化處理，接著對二值圖像進行垂直投影，并確定大致的時頻脊提取區(qū)域，之后提取時頻脊。得到時頻脊之后，利用CFAR檢測器對時頻脊上的時頻點進行第一級檢測，判斷時頻脊上的時頻點是否為目標(biāo)點，接著累積目標(biāo)點數(shù)目，進行第二級檢測，如果累積數(shù)達到二元積累算法設(shè)定的第二個閾值則判定該時頻脊為船只目標(biāo)。通過實際雷達數(shù)據(jù)和AIS信息進行驗證，在相同虛警率條件下，將TF?CFAR和CFAR方法匹配到的船只目標(biāo)取并集可以大幅度提高雷達目標(biāo)匹配數(shù)量，進而提高雷達目標(biāo)檢測概率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高頻地波雷達海上目標(biāo)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用時頻分析和恒虛警技術(shù)的高頻雷達目標(biāo)聯(lián)合檢測方法。

背景技術(shù)

海洋在給我們帶來豐富資源的同時，也帶來了海洋監(jiān)控方面的巨大挑戰(zhàn)。海洋監(jiān)控的一個重要組成部分就是海上艦船的監(jiān)測。高頻地波雷達利用高頻段(3～15MHz)垂直極化電磁波沿海面繞射傳播衰減小的特點，能夠?qū)Ｉ弦苿幽繕?biāo)進行超視距探測。緊湊型高頻地波雷達接收到的回波信號中，除了信號成分之外，還夾雜著海雜波和干擾信號，造成接收目標(biāo)信號的信噪比較低對傳統(tǒng)峰值檢測和恒虛警(CFAR)技術(shù)帶來了很大的挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的恒虛警技術(shù)通常在距離多普勒譜上對船只信號進行檢測，其中運動目標(biāo)的多普勒信息和背景雜波是影響目標(biāo)檢測的兩個關(guān)鍵因素。在頻域，雜波和干擾疊加在船只信號的譜峰上會降低雷達目標(biāo)檢測概率。

本申請發(fā)明人在實施本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的方法，至少存在如下技術(shù)問題：

為了檢測船只目標(biāo)，高頻地波雷達回波信號進行了長時間的相干積累，導(dǎo)致部分目標(biāo)多普勒譜發(fā)生分裂和展寬，造成雷達目標(biāo)檢測概率降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種利用時頻分析和恒虛警技術(shù)的高頻雷達目標(biāo)聯(lián)合檢測方法，用于解決或者至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)的方法中雷達目標(biāo)檢測概率不高的技術(shù)問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種利用時頻分析和恒虛警技術(shù)的高頻雷達目標(biāo)聯(lián)合檢測方法，包括：

S1：選擇預(yù)設(shè)時間內(nèi)的雷達回波數(shù)據(jù)，統(tǒng)計正負一階峰之間的海雜波，得到海雜波概率密度分布函數(shù)，并利用威布爾函數(shù)對海雜波數(shù)據(jù)進行擬合得到威布爾分布函數(shù)的形狀因子，其中，雷達回波數(shù)據(jù)的維度為一維；

S2：利用時頻分析方法將一維的雷達回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二維時頻圖；

S3：基于二值化閾值對二維時頻圖進行二值化操作，其中，二值化閾值采用圖像分割中的三角算法求得；

S4：對二值化操作后的圖形沿著時間軸進行垂直投影，得到投影曲線，根據(jù)投影曲線的平均值和峰值確定時頻脊提取的可能區(qū)域，并利用貪婪搜索算法在可能區(qū)域提取一條時頻脊線；

S5：沿時頻脊進行等間隔采樣，利用恒虛警檢測器判斷采樣時頻點是否為真目標(biāo)點，并對為真目標(biāo)點的時頻點進行累積，其中，大于恒虛警檢測器判決閾值的時頻點為真目標(biāo)點，恒虛警檢測器判決閾值基于威布爾分布函數(shù)的形狀因子和背景雜波的總體估計計算獲得；

S6：利用時頻恒虛警方法判斷時頻點累積的數(shù)目是否大于等于預(yù)先設(shè)定的閾值，如果是，則判定該時頻脊為船只信號，表示檢測到雷達目標(biāo)；

S7：將利用恒虛警方法檢測到的雷達目標(biāo)與AIS記錄的船只信息進行匹配，得到第一雷達目標(biāo)集合，將利用時頻恒虛警檢測到的雷達目標(biāo)與AIS記錄的船只信息進行匹配，得到第二雷達目標(biāo)集合，再將第一雷達目標(biāo)集合與第二雷達目標(biāo)集合取并集，得到聯(lián)合檢測結(jié)果。

在一種實施方式中，S2中采用基于短時傅里葉變換的信號后處理工具-同步擠壓變換的時頻分析方法。

在一種實施方式中，S5具體包括：