[發(fā)明專利]一種時(shí)頻恒虛警高頻雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110324558.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN113093119A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周浩;楊智清;文必洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/292
• 分類號(hào): G01S7/292;G01S7/35;G01S7/41
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴(yán)彥

本發(fā)明提供了一種時(shí)頻恒虛警高頻雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)方法及系統(tǒng)，包括選擇某一段時(shí)間內(nèi)的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)，對(duì)時(shí)域的回波進(jìn)行時(shí)頻表示，在時(shí)頻面上選擇正負(fù)一階峰之間的區(qū)域統(tǒng)計(jì)海雜波概率密度分布模型；擬合得到模型參數(shù)之后，得到虛警率和時(shí)頻目標(biāo)檢測(cè)閾值之間的關(guān)系；將時(shí)頻圖像進(jìn)行Hessian矩陣分割，得到提取脊結(jié)構(gòu)的二值化圖像；對(duì)二值化的聯(lián)通區(qū)域進(jìn)行邊緣檢測(cè)，得到脊結(jié)構(gòu)的時(shí)間和頻率信息，利用貪婪搜索提取出一條能量最大的時(shí)頻脊，認(rèn)為相應(yīng)區(qū)域存在潛在目標(biāo)信號(hào)；如果時(shí)頻脊平均能量大于等于時(shí)頻目標(biāo)檢測(cè)閾值，則判定目標(biāo)為“真”，否則為“假”。通過實(shí)際雷達(dá)數(shù)據(jù)和AIS信息進(jìn)行驗(yàn)證，在相同檢測(cè)數(shù)目下，本發(fā)明在檢測(cè)弱目標(biāo)方面優(yōu)于傳統(tǒng)的CFAR方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高頻地波雷達(dá)海上船只目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用時(shí)頻分析和Hessian分割技術(shù)的高頻雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

我國是個(gè)海洋大國，擁有1.8萬多公里大陸海岸線，1.1萬多個(gè)島嶼，專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)面積達(dá)到300多萬平方千米。海洋在給我們帶來豐富資源的同時(shí)，也帶來了海洋監(jiān)控方面的巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的海洋監(jiān)測(cè)方法包括岸邊觀測(cè)站監(jiān)測(cè)，衛(wèi)星監(jiān)測(cè)，海上浮標(biāo)監(jiān)測(cè)，船只與飛機(jī)巡邏監(jiān)測(cè)等，均不能實(shí)現(xiàn)大面積、全天候、高精度的監(jiān)管，且實(shí)施和維護(hù)成本較高。高頻地波雷達(dá)則具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)：成本低、范圍廣、全天候。緊湊型高頻地波雷達(dá)采用單極子交叉環(huán)作為接收和發(fā)射天線，該天線波束寬，空間分辨率較低，導(dǎo)致接收的雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)能量較弱，除此之外嚴(yán)重的海雜波和噪聲干擾也常常會(huì)淹沒弱目標(biāo)信號(hào)。因此，高頻地波雷達(dá)弱目標(biāo)檢測(cè)問題仍然是一個(gè)有挑戰(zhàn)的任務(wù)。

傳統(tǒng)的恒虛警技術(shù)通常在距離多普勒譜上對(duì)船只信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)弱目標(biāo)參考單元中存在干擾目標(biāo)或者能量較強(qiáng)的雜波信號(hào)時(shí)，這時(shí)需要針對(duì)不同的情景設(shè)計(jì)特殊的CFAR檢測(cè)器，復(fù)雜度較高，不利于工程實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)的方法至少存在如下技術(shù)問題：

在雷達(dá)回波的距離多普勒譜中，弱目標(biāo)信號(hào)常常被海雜波和干擾信號(hào)淹沒，利用傳統(tǒng)CFAR技術(shù)很難檢測(cè)到，導(dǎo)致雷達(dá)船只目標(biāo)檢測(cè)概率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種時(shí)頻恒虛警高頻雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)方案，用于解決或者至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)的方法中高頻雷達(dá)弱目標(biāo)難檢測(cè)的技術(shù)問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種時(shí)頻恒虛警高頻雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟S1，選擇某一段時(shí)間內(nèi)的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)，對(duì)時(shí)域的回波進(jìn)行時(shí)頻表示；在時(shí)頻面上選擇正負(fù)一階峰之間的區(qū)域統(tǒng)計(jì)海雜波概率密度分布模型；

步驟S2，擬合得到海雜波概率密度分布模型參數(shù)之后，得到虛警率和時(shí)頻目標(biāo)檢測(cè)閾值T之間的關(guān)系；

步驟S3，將通過步驟S1得到的時(shí)頻圖像進(jìn)行Hessian矩陣分割，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)頻面上脊結(jié)構(gòu)的提取，將屬于脊的結(jié)構(gòu)用1表示，不屬于脊的結(jié)構(gòu)用0表示，得到提取脊結(jié)構(gòu)的二值化圖像；

步驟S4，對(duì)二值化的聯(lián)通區(qū)域進(jìn)行邊緣檢測(cè)，得到脊結(jié)構(gòu)的時(shí)間和頻率信息；

步驟S5，在步驟S4確定的時(shí)間和頻率區(qū)域內(nèi)，利用貪婪搜索提取出一條能量最大的時(shí)頻脊，認(rèn)為相應(yīng)區(qū)域存在潛在目標(biāo)信號(hào)；

步驟S6，利用步驟S2得到的時(shí)頻目標(biāo)檢測(cè)閾值T和提取的時(shí)頻脊平均能量值相比較，如果時(shí)頻脊平均能量大于等于時(shí)頻目標(biāo)檢測(cè)閾值T，則判定目標(biāo)為“真”，否則為“假”。

而且，步驟S1中采用的時(shí)頻分析方法是一種基于同步擠壓變換的多重同步擠壓變換。

而且，步驟S3包括以下子步驟，

步驟S3.1，在利用Hessian矩陣對(duì)時(shí)頻圖像進(jìn)行分割之前，先構(gòu)造一個(gè)4×4的高斯濾波器；

步驟S3.2，選定高斯濾波器的方差尺度，并求該濾波器的一階和二階偏導(dǎo)和時(shí)頻圖像進(jìn)行卷積操作；