一种脉冲多普勒雷达在强杂波背景下的弱目标检测

摘要

本发明属于雷达信号处理中的目标检测技术领域，涉及一种脉冲多普勒雷达在强杂波背景下的弱目标检测。技术特征在于：建立全距离多普勒单元的杂波图，采用距离单元恒虚警算法形成恒虚警门限；根据待检测单元周围回波的强度和雷达基底噪声强度进行杂波强度的等级划分，根据杂波等级自动修正检测门限系数，杂波越强的区域，检测门限系数越大。本发明针对强杂波背景下，雷达虚警增大而导致雷达系统时间浪费严重、性能下降问题提出的解决方案，可以应用于杂波背景下进行弱目标检测的军用和民用脉冲多普勒雷达产品领域。

说明书

技术领域

本发明属于雷达信号处理中的目标检测技术领域，涉及一种脉冲多普勒雷达在强 杂波背景下的弱目标检测。

背景技术

目标检测是雷达信号处理系统必不可少的组成部分。传统的脉冲多普勒雷达的目 标检测方法，是在动目标检测之后，形成距离多普勒平面，每一个波束的数据都包含 有N个距离单元和M个多普勒通道，依靠相同多普勒通道距离单元平均恒虚警检测 这种方法进行处理。距离单元平均恒虚警检测的理论基础是目标处于高斯分布的噪声 背景中，对于远离杂波区的目标来说，背景的概率密度分布基本上复合高斯分布；但 对于强杂波区的目标，目标所处的背景其概率密度分布与高斯分布差别较大，若再使 用距离单元平均恒虚警的方法，虚警概率就会显著增加，雷达为了确认虚警的系统时 间显著增加，使得雷达针对指定覆盖区域的有效覆盖时间显著减小。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种脉冲多普勒雷达在强杂波背景下 的弱目标检测，

技术方案

一种脉冲多普勒雷达在强杂波背景下的弱目标检测，其特征在于步骤如下：

步骤1：对距离多普勒平面数据X_n+l进行如下处理：

a：将当前相干处理间隔的距离多普勒平面数据X_n+l与杂波图数据Y_n进行加权求 和，产生新的杂波图数据Y_n+l，计算公式为：Y_n+1＝X_n+1×k+Y_n×(1-k)；其中加权系数 k为杂波图更新系数，值域为(0,0.5)；所述的距离多普勒平面数据X_n+l为脉冲多普勒雷 达当前相干处理间隔对应的MxN个数据，其中M为多普勒通道个数，N为距离单元 数；所述的杂波图数据Y_n为全通道杂波图，同样对应MxN个数据；

b：以距离多普勒平面数据X_n+l上的每一个数据为X_n+l(i，j)中心，按照保护单元为 b、参考单元为c的原则，分别计算相同多普勒单元i上距离单元[j-b-c，j-b-1]和距离单 元[j+b+1，j＋b+c]的幅度平均值，选取较大的平均值，得到数据为X_n+l(i，j)对应的恒虚警 门限MX_GO(i，j)；所述保护单元b、参考单元c由雷达确定；

c：以距离多普勒平面数据X_n+l上的每一个数据为X_n+1(i，j)的中心，选取周围的 5x5个单元，然后去掉中心数据X_n+l(i，j)、与中心数据相邻的距离单元X_n+l(i，j±l)和相 邻多普勒单元X_n+l(i±l，j)，计算剩余20个单元的幅度平均值Aavg；所述的X_n+l(i，j)为距 离多普勒平面上的任一个数据，i为多普勒单元，值域为[1,M]，j为距离单元，值域为 [1,N]；

对于距离多普勒平面数据X_n+l上，多普勒单元1与M为相邻的多普勒单元，因此 若待检测单元的多普勒单元为1，则计算平均值时包含的多普勒单元为M-1、M、1、 2、3；

将幅度平均值与基底噪声A_noise相比，以比值A_avg/A_noise确定比值所在区间的门限 系数乘积因子K₁

所述基底噪声A_noise为雷达不开发射机时的电噪声幅度平均值；

步骤2：将门限系数乘积因子K_l、恒虚警门限MX_GO以及恒虚警门限系数K_cfar相乘 得到恒虚警检测门限MX_cfar；所述恒虚警门限系数K_cfar由雷达根据虚警率确定；

将门限系数乘积因子K_l、杂波图数据Y_n+1以及杂波图门限系数K_cm相乘得到杂波 图检测门限MX_cm；所述杂波图检测门限MX_cm由雷达根据虚警率确定；

步骤3：以距离多普勒平面数据X_n+l中的每一个数据与恒虚警检测门限MX_cfar和 杂波图检测门限MX_cm进行比较，当距离多普勒平面数据X_n+l中数据同时大于两个门 限时，视为存在弱小目标。

有益效果

本发明提出的一种脉冲多普勒雷达在强杂波背景下的弱目标检测，建立全距离多 普勒单元的杂波图，采用距离单元恒虚警算法形成恒虚警门限；根据待检测单元周围 回波的强度和雷达基底噪声强度进行杂波强度的等级划分，根据杂波等级自动修正检 测门限系数，杂波越强的区域，检测门限系数越大。本发明针对强杂波背景下，雷达 虚警增大而导致雷达系统时间浪费严重、性能下降问题提出的解决方案，可以应用于 杂波背景下进行弱目标检测的军用和民用脉冲多普勒雷达产品领域。

与传统检测方法相比，本发明的优越性在于：

1、建立全距离多普勒单元的杂波图，减少强杂波多普勒通道对相邻多普勒通道弱 目标检测的影响；

2、根据待检测单元周围回波的强度和雷达基底噪声强度的比值，进行杂波强度的 等级划分，根据杂波等级自动修正检测门限系数，杂波越强的区域，检测门限系数越 大，充分减少强杂波区和杂波边缘的虚警。

具体实施方式

现结合实施例对本发明作进一步描述：

本发明实施例对于强杂波背景下的弱目标检测是：建立全距离多普勒单元的杂波 图，采用距离单元恒虚警算法形成恒虚警门限；根据待检测单元周围回波的强度和雷 达基底噪声强度进行杂波强度的等级划分，根据杂波等级自动修正检测门限系数，杂 波越强的区域，检测门限系数越大。具体步骤如下：

步骤1：对距离多普勒平面数据X_n+l进行如下处理：

将当前相干处理间隔的距离多普勒平面数据X_n+l，与杂波图数据Y_n进行加权求和， 产生新的杂波图数据Y_n+l，计算公式为：Y_n+1＝X_n+1×k+Y_n×(1-k),其中加权系数k为杂 波图更新系数，值域为(0,0.5)，一般k取1/8。所述的距离多普勒平面数据X_n+l为脉冲 多普勒雷达当前相干处理间隔对应的MxN个数据，其中M为多普勒通道个数，N为 距离单元数。所述的杂波图数据Y_n为全通道杂波图，同样对应MxN个数据。

以距离多普勒平面数据X_n+l上的每一个数据为X_n+l(i，j)中心，按照保护单元为b、 参考单元为c的原则，分别计算相同多普勒单元i上距离单元[j-b-c，j-b-1]和距离单元 [j+b+1，j＋b+c]的幅度平均值，选取较大的平均值，得到数据为X_n+l(i，j)对应的恒虚警门 限MX_GO(i，j)。所述保护单元b、参考单元c由雷达确定。

以距离多普勒平面数据X_n+l上的每一个数据为X_n+l(i，j)中心，选取周围的5x5个单 元，然后去掉中心数据X_n+l(i，j)、与中心数据相邻的距离单元X_n+l(i，j±l)和相邻多普勒 单元X_n+l(i±1，j)，计算剩余20个单元的幅度平均值A_avg。所述的X_n+l(i，j)为距离多普勒 平面上的一个数据，i为多普勒单元，值域为[1,M]，j为距离单元，值域为[1,N]。

对于距离多普勒平面数据X_n+l上，多普勒单元1与M为相邻的多普勒单元，因此 若待检测单元的多普勒单元为1，则计算平均值时包含的多普勒单元为M-1、M、1、 2、3；

根据幅度平均值A_avg与基底噪声A_noise的比值进行杂波强度等级划分，根据下表所 示比值所在的区间范围确定门限系数乘积因子K₁所对应的值。所述基底噪声由雷达不 开发射机时的电噪声幅度平均值；

步骤2：

将门限系数乘积因子K_l、恒虚警门限MX_GO以及恒虚警门限系数K_cfar相乘得到恒 虚警检测门限MX_cfar；所述恒虚警门限系数K_cfar由雷达根据虚警率确定，通常按照雷 达虚警率10^－6来确定；

将门限系数乘积因子K_l、杂波图数据Y_n+1以及杂波图门限系数K_cm相乘得到杂波 图检测门限MX_cm；所述杂波图检测门限MX_cm由雷达根据虚警率确定，通常按照雷达 虚警率10^－6来确定；

步骤3：

以距离多普勒平面数据X_n+l中的每一个数据与恒虚警检测门限MX_cfar和杂波图检 测门限MX_cm进行比较，当距离多普勒平面数据X_n+l中数据同时大于两个门限时，视 为存在弱小目标。