基于譜峭度特征識(shí)別的海雜波弱小目標(biāo)檢測(cè)方法

逯旺旺 楊勇 張斌

摘 ?要：針對(duì)在復(fù)雜海雜波強(qiáng)干擾環(huán)境、低SCR的情況下，對(duì)弱小目標(biāo)進(jìn)行全極化雷達(dá)檢測(cè)難度大的問(wèn)題，提出一種基于回波信號(hào)譜峭度值特征識(shí)別檢測(cè)算法，分別對(duì)純海雜波信號(hào)和帶目標(biāo)物信號(hào)進(jìn)行實(shí)測(cè)分析，結(jié)果表明純海雜波信號(hào)和帶目標(biāo)物信號(hào)的回波特征中譜峭度數(shù)值具有明顯的差異，辨識(shí)度極高，能夠充分反映出目標(biāo)物的回波特征。

關(guān)鍵詞：回波特性;全極化;弱小目標(biāo);譜峭度

中圖分類(lèi)號(hào)：TN957.51 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）04-0031-05

Abstract：In the complex sea clutter environment with strong interference and low SCR，it is very difficult to detect small and weak targets with full polarization radar. In this paper，a detection algorithm based on the kurtosis value of echo signal spectrum is proposed. Through the measurement and analysis of pure sea clutter signals and signals with targets，the sea clutter signal and target signal are measured and analyzed respectively. The results show that there is a significant difference between the spectral kurtosis values in the pure sea clutter signal and the target echo signal，and the degree of identification is extremely high，which can fully reflect the echo characteristics of the target.

Keywords：echo characteristics;full polarization;weak and small targets;spectral kurtosis

0 ?引 ?言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，全極化雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在民用和軍用領(lǐng)域得到了廣泛而深入的應(yīng)用，但隨著探測(cè)環(huán)境的復(fù)雜化、觀(guān)測(cè)目標(biāo)的多樣化，在現(xiàn)代雷達(dá)裝備應(yīng)用中，人們對(duì)雷達(dá)性能提出了更高的要求，這促使人們?cè)谛盘?hào)處理理論和技術(shù)上不斷探索和創(chuàng)新。海上低小慢目標(biāo)的檢測(cè)與識(shí)別研究是雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)領(lǐng)域的熱難點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)強(qiáng)雜波背景下的弱小目標(biāo)信號(hào)難以進(jìn)行有效的檢測(cè)與識(shí)別[1-3]，目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于海雜波干擾環(huán)境下的弱小目標(biāo)檢測(cè)研究較多，但是，在檢測(cè)精度和效率方面較低，本文提出一種全新的基于回波信號(hào)的譜峭度特征識(shí)別檢測(cè)算法，通過(guò)理論和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，首先通過(guò)理論對(duì)該方法進(jìn)行推導(dǎo)，然后對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)證，證明該方法的可行性。該檢測(cè)方法能夠有效快速地實(shí)現(xiàn)對(duì)海雜波弱小目標(biāo)的檢測(cè)，該研究對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)雷達(dá)在強(qiáng)雜波背景下檢測(cè)弱小目標(biāo)難題的解決具有重要的意義。本文是國(guó)防科技大學(xué)CEMEE國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題組在低小慢目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別方向的最新研究成果。

1 ?理論研究

雷達(dá)發(fā)射的電磁波信號(hào)傳達(dá)到起伏波動(dòng)的海平面時(shí)會(huì)發(fā)生一定的相互作用，電磁波經(jīng)過(guò)海面后，反射出的強(qiáng)烈、不規(guī)則的回波稱(chēng)為海雜波[4-7]。海雜波具有回波能量強(qiáng)、變化快且復(fù)雜、時(shí)空非平穩(wěn)等特點(diǎn)[8-10]。當(dāng)雷達(dá)探測(cè)海洋表面附近的目標(biāo)時(shí)，海雜波和目標(biāo)回波同時(shí)被雷達(dá)天線(xiàn)接收，進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)。當(dāng)目標(biāo)回波強(qiáng)度小于海雜波或者與海雜波相當(dāng)時(shí)，由于海雜波的出現(xiàn)，雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)性能會(huì)顯著下降[11]。

3 ?結(jié) ?論

本文提出的基于回波信號(hào)譜峭度特征識(shí)別檢測(cè)算法，通過(guò)理論推導(dǎo)出了雷達(dá)檢測(cè)到的回波信號(hào)的譜峭度表達(dá)形式，并通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)證，借助短時(shí)傅里葉變換等信號(hào)分析方法有效地過(guò)濾掉干擾信號(hào)，識(shí)別出目標(biāo)信號(hào)的譜峭度，該方法提升了對(duì)目標(biāo)對(duì)象的分辨、識(shí)別能力。對(duì)純海雜波信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換處理后得到的譜峭度數(shù)值在0.02～0.03之間，而有目標(biāo)回波信號(hào)譜峭度峰值能夠達(dá)到純海雜波信號(hào)譜峭度數(shù)值的十倍甚至數(shù)十倍以上，發(fā)現(xiàn)該位置即為目標(biāo)物位置，此位置附近的區(qū)域噪音背景以及純海雜波背景下的信號(hào)譜峭度較低，充分體現(xiàn)了目標(biāo)信號(hào)譜峭度特征。

在不同海況下進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果表明：不同海況條件下，檢測(cè)得到的回波信號(hào)的譜峭度具有一定的差異，海況越強(qiáng)，雷達(dá)檢測(cè)到信號(hào)的回波信號(hào)特征越明顯，通過(guò)短時(shí)傅里葉變換處理后得到的回波信號(hào)的譜峭度特征越明顯，使用該方法在惡劣海況條件下進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別具有一定的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析驗(yàn)證，證明了分析譜峭度的檢測(cè)方法能夠有效快速地實(shí)現(xiàn)對(duì)海雜波弱小目標(biāo)的檢測(cè)，且檢測(cè)效率高，可行性強(qiáng)，對(duì)該檢測(cè)方法的研究為雷達(dá)在強(qiáng)雜波背景下檢測(cè)弱小目標(biāo)提供了一定的指導(dǎo)意義。

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作者簡(jiǎn)介：逯旺旺（1991-），男，漢族，甘肅天水人，就讀于電子科學(xué)學(xué)院，碩士，主要研究方向：海雜波信息處理，雷達(dá)弱小目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別;楊勇（1985-），男，漢族，湖北鐘祥人，就職于電子科學(xué)學(xué)院，副教授，博士，主要研究方向：極化雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別;張斌（1991-），男，漢族，湖南張家界人，就讀于電子科學(xué)學(xué)院，碩士，主要研究方向：極化信息處理。