[發明專利]基于F范數歸一化距離的目標檢測方法及裝置

有效

• 申請號: 202110306577.5
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113093135B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 時艷玲;李君豪;姚婷婷
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 薛伯奇

本發明公開基于F范數歸一化距離的目標檢測方法，包括：接收目標的回波數據，隨機選取回波數據中的一個單元為待檢測單元，在所述待檢測單元周邊選取若干個單元為參考單元，計算待檢測單元中回波數據的協方差矩陣及若干個參考單元中回波數據的協方差均值矩陣；利用預先構建的基于F范數的幾何度量函數獲取待檢測單元中回波數據的協方差矩陣與若干個參考單元中回波數據的協方差均值矩陣的幾何距離；比較預設的判決門限與所述幾何距離，若所述幾何距離大于所述判決門限則判定待檢測單元中存在目標。相比常規檢測方法，算法計算量較小，檢測性能更優。

技術領域

本發明屬于雷達目標檢測領域，具體涉及基于F范數歸一化距離的目標檢測方法及裝置。

背景技術

海面目標檢測一直是海雜波研究的重點方向。當接收到的雷達回波信號中只包含少量脈沖時，使用傳統的檢測方法如基于快速傅里葉變換(Fast?Fourier?Transform,FFT)的矩陣恒虛警檢測算法,記為FFT-CFAR，很難達到令人滿意的性能。近些年來，信息幾何發展迅速，一般利用微分幾何在統計流形上的應用來研究信息科學問題，并已在圖像處理、信息編碼和醫學信號分析等多個領域有廣泛的應用。根據信息幾何理論，一個協方差均值矩陣在空間角度上可以形成一個矩陣流形，因此雷達接收到的回波數據的相關矩陣就對應于信息幾何中矩陣流形上的點，這就將海面目標檢測問題簡易為矩陣流形上有關協方差矩陣的幾何問題。基于此，Barbaresco等人提出的矩陣CFAR檢測器利用檢測單元回波相關矩陣與參考單元回波相關矩陣的黎曼均值之間的測地線距離作為檢測統計量，克服了傳統檢測方法中對于短脈沖序列所面臨的能量泄露以及多普勒分辨率較低等問題，有效提高了檢測性能。在此基礎上，相關學者基于不同的幾何度量方法，如信息散度、隨機距離等提出了一系列基于信息幾何的矩陣CFAR檢測方法。但這些方法往往具有很高的計算復雜度，這一缺點也嚴重限制了其在實際中的應用。例如，空軍預警學院趙興剛的文章《一種基于KL分離度的改進矩陣CFAR檢測方法》，該文獻基于KL(Kullback-Leibler)散度及對應散度均值的矩陣CFAR檢測器，利用信息積累性能更優的KL散度代替測地線距離，相應的散度均值代替黎曼均值，取得了更優的檢測和更低的計算復雜度。該文獻的不足之處：矩陣之間的幾何距離以及對應的矩陣均值的計算復雜度依舊較高，在實際應用中有所限制。又例如，國防科技大學的文獻《Matrix?CFAR?detectors?based?on?symmetrized?Kullback-Leibler?andtotal?Kullback-Leibler?divergences》推導分析了兩種擴展KL散度，即SKL散度和tKL散度，并設計相應的矩陣CFAR檢測器。該文獻的不足之處：SKL均值矩陣CFAR檢測器的計算復雜度略高于KL均值矩陣CFAR檢測器，但其檢測性能卻并沒有提升，而tKL中心矩陣CFAR檢測器的檢測性能雖優于KL均值矩陣CFAR檢測器，但其計算復雜度遠大于KL均值矩陣CFAR檢測器。

發明內容

本發明上的目的在與克服現有技術的不足，提出基于F范數歸一化距離的目標檢測方法及裝置，推導分析了一種新的基于Frobenius范數歸一化距離的矩陣CFAR檢測器，不僅計算復雜度更低，而且檢測性能更優。

本發明公開基于F范數歸一化距離的目標檢測方法，包括：

接收目標的回波數據，隨機選取回波數據中的一個單元為待檢測單元，在所述待檢測單元周邊選取若干個單元為參考單元，計算待檢測單元中回波數據的協方差矩陣及若干個參考單元中回波數據的協方差均值矩陣；

利用預先構建的基于F范數的幾何度量函數獲取待檢測單元中回波數據的協方差矩陣與若干個參考單元中回波數據的協方差均值矩陣的幾何距離；

比較預設的判決門限與所述幾何距離，若所述幾何距離大于所述判決門限則判定待檢測單元中存在目標。

進一步地，所述基于F范數幾何度量函數為：