基于四极化通道融合的海面漂浮微弱目标特征检测

海杂波背景下的微弱漂浮目标检测是雷达目标检测的热点和难点问题。由于海杂波背景下的微弱漂浮目标的回波能量低和多普勒频率通常位于主杂波区,传统的自适应类相参积累检测方法无法有效检测该类目标。基于特征类的目标检测方法是解决海面漂浮目标检测问题的有效途径。本文首先分别提取四个极化通道的三种时域和频域特征（相对平均振幅、相对多普勒峰高和向量熵）,然后在极化通道维度上进行融合,获得四极化通道融合特征。最后,在三维特征空间中使用快速凸包学习算法来确定海杂波的判决区域,从而完成检测。实测海杂波数据实验验证了新方法的有效性,并表明其具有优良的检测性能。      

基于频域多通道图特征感知的海面小目标检测

海洋物理环境和电磁环境日趋复杂,海杂波背景下的微弱慢速小目标检测始终是一个研究难点和重点。海面小目标的雷达散射截面积小、回波能量低,传统基于能量的检测方法存在性能瓶颈。基于特征的检测方法聚焦于提取纯杂波和目标回波的差异性特征来实现目标检测,且有效提升了检测性能。该文利用回波数据间频域中幅度的关联性,将图论的方法引入到特征检测中。首先将实测数据进行块白化处理,对海杂波进行一定的抑制,然后在频域提取各多普勒通道下的数据,借助图的处理方法,构建所提取数据的距离邻接矩阵,再转换为拉普拉斯矩阵。该方法计算不同时间序列下拉普拉斯矩阵的最大特征值,并将其与刻画频域能量信息的相对多普勒峰高进行融合,得到新的检验统计量来区分纯杂波和含有目标的回波。通过全相参的X波段(IPIX)实测数据验证,该文所提方法的检测性能更为优越。     

Ku波段地海杂波极化特性实验与分析

目标极化特性是全极化雷达导引头信号算法的重要先验知识,开展地海杂波极化特性的理论与实验研究对极化导引头的研制意义重大.地海杂波的时频域和极化域统计特性是设计雷达导引头抗干扰算法的基础.基于本实验室研制的Ku波段双极化平板裂缝天线,在山东莱州地区某实验现场,开展了垂直和水平极化基下地海杂波频域和极化域实验研究,获取了大量的全极化回波实验数据.文中重点从极化度、极化不变量和极化分解探索给定条件下的地海杂波极化特性,并进行了实验数据的处理和分析.在Ku波段,三种典型环境下的杂波具有较高的极化度,极化特征明显,且杂波的极化特性随频率变换明显,表现出极化对频率的敏感特性;三种杂波的极化不变量存在显著差别,且随着频率显著变化;数据的极化分解结果验证了三种杂波均存在主散射机制.地海杂波实验研究结果为设计雷达导引头中极化滤波和极化识别算法提供了重要基础,测试数据也可为工程实践提供应用参考.     

针对隐藏目标检测的太赫兹波站开式全极化全息雷达成像实验

将全极化信息引入站开式全息成像系统中,设计了一种频率为0.14 GHz的全极化宽带雷达,并基于该系统完成了隐藏目标检测的太赫兹波站开式全极化全息成像实验。利用极化目标分解方法,分析了隐藏目标的低熵极化散射,研究了在不同角度照射下的平均极化散射机制。实验结果表明:在0.14 THz频段下,典型衣物材料的遮挡会改变背景杂波的散斑样式,但对强散射回波目标的极化散射影响很小;人造目标的极化散射熵较背景杂波更小;模型手枪的主要散射机理为光滑表面对应的低熵表面散射,其中套筒上的斜纹包含了低熵多次散射,这是该目标交叉极化回波的主要来源。     

基于极化联合特征的海面目标检测方法

该文从全极化体制角度出发,提出一种基于极化联合特征的海面目标检测方法。首先基于极化协方差矩阵,通过Cloude特征分解,提取表征回波随机程度的极化熵和反熵的数学期望;接着直接基于极化散射矩阵,通过Krogager特征分解,提取表征回波中极化散射分量结构组成的球散射体分量、二面角散射体分量和螺旋体散射分量的归一化系数;由提取的特征构成五维特征空间,利用主成分分析(PCA)降维证明所提特征具有良好的可分性,最后采用一类支持向量机(OCSVM)对目标和杂波进行识别。所提方法分别从极化相干和非相干分解两个角度出发,通过两种不同的极化分解方式提取特征,在一定程度上解决了高海情下基于单一极化分解方法存在的检测效果不理想的问题。通过IPIX实测数据验证所提方法具有良好的检测能力。      

基于多普勒谱非广延熵的海面目标检测方法

根据海杂波和目标多普勒谱的聚集性差异,可以用熵特征来检测海杂波背景下的小目标,然而常用的香农熵仅仅是统计学角度的宏观量值,并不能反映出海杂波的非线性特性。非广延熵是香农熵的推广,可以描述海杂波已被证实的多重分形特性。该文首先给出了非广延熵与分形维数的关系,然后结合有目标单元回波的多普勒谱较纯杂波单元回波的多普勒谱聚集性更强以及海杂波回波具有多重分形特性的特点,提出了基于多普勒谱非广延熵的海杂波背景下的小目标检测方法,最后通过实测数据进行实验比较,验证了该文算法的有效性,在观测时间较短的情况下,与现有的多重分形频域Hurst指数方法和基于香农熵的方法相比,该文算法具有更好的检测性能。      

海杂波背景下目标的联合特征差异检测

针对低信噪比海情下的小目标检测效果不理想的问题,利用消除趋势波动分析法提取海杂波分形参数,分析了海杂波的功率谱及其熵特征,提出了海杂波背景下的联合特征目标检测方法.在雷达回波中提取海杂波的分形参数和功率谱熵特征组成二维向量,利用凸包训练算法获得纯海杂波判别区域,同样对先验知识下的待测海杂波提取这两个特征参量,以此特征参量所对应的点是否在此判别区域内来判别是否存在目标.利用加拿大IPIX雷达数据,证明了所提算法优于用单个特征差异作为统计量的方法,在相同虚警概率下检测效果明显提高,为雷达目标检测提供了新的检测方案.     

基于正交投影的海面小目标检测技术

强烈的海杂波将海面低速运动小目标的回波信号淹没,导致雷达难以检测到目标。针对这一问题,该文提出了基于正交投影的恒虚警率(CFAR)检测方法。该方法利用邻近距离单元杂波的相关性,通过正交投影方法实现对杂波的抑制,进而实现CFAR检测。同时,该文给出了基于正交投影的CFAR检测器实现结构图,对比分析了正交投影方法与奇异值分解方法的杂波抑制效果和计算量。理论分析与实测数据处理结果验证了该文所提方法的优越性。     

海杂波FRFT域分形特征判别及动目标检测方法

该文研究了海杂波在分数阶Fourier变换(FRFT)域的分形特征,提出了一种基于分形特征差异的联合动目标检测方法。首先,分析了海杂波数据在FRFT域的统计特性,通过对不同极化方式下分形曲线的仿真分析,得到海杂波在FRFT域满足自相似性。其次,给出了分形参数的提取方法和无标度区间,并分析了变换阶数对分形参数估计的影响。最后,利用临近距离单元或临近时刻的雷达回波信号在FRFT域的分形维数和斜距的差值作为检测统计量,经不同极化方式下的海杂波数据验证,表明算法不仅具有良好的微弱动目标检测能力,而且能够准确估计目标的运动状态。     

一种经验模式分解下的海杂波小目标检测方法

利用海杂波有效探测海上小目标是目前雷达探测领域的热点问题,具有重要的应用价值。鉴于海杂波是一种非线性非平稳性的雷达回波信号,充分发挥整体平均经验模式分解的优势,将海杂波分解为若干个不同尺度的独立分量。通过研究发现有目标时,分解出的前5个分量与未分解前信号的相关系数明显减小,因此提出了一种新的海杂波背景下的目标检测方法。通过实测和模拟的海杂波数据进行训练和测试,研究结果表明,该方法能有效地实现海杂波下目标的探测,性能优于经典时域下、分数阶傅里叶变换域下以及平均经验模式分解后的广义Hurst指数的目标检测方法。     

基于实测数据的Ka波段海杂波极化特性研究

文中介绍了获取Ka波段海杂波的试验条件,并利用获取的实测数据进行了杂波特性分析.发现:HH极化与VV极化下海杂波的幅度分布区别不大,与瑞利、韦布尔及K分布拟合程度较为接近,与理论分析基本一致;海杂波时间相关性很短,在不同极化方式下变化不大;其空间相关长度约为4 m,且随着擦地角增加而略有增加.此外比较分析了HH和VV两种极化下海杂波后向散射系数随擦地角的变化趋势,在低擦地角情况下,VV极化条件下的海杂波后向散射系数高于HH极化.本文的研究结果为海杂波背景下低空小目标的检测研究提供了更加丰富有利的支撑.     

X波段小擦地角海杂波WW分布建模

为了更好地描述X波段小擦地角海杂波建模中出现的重拖尾现象,研究WW分布建模方法及其统计特性,进而改善统计分布模型对海杂波数据的拟合效果。基于X波段海杂波实测数据,分析在不同海况和极化方式下两重韦布尔(WW)分布对海杂波实测数据的拟合效果。通过其与韦布尔分布、对数正态分布、K分布等统计分布模型拟合优度检验的对比,表明WW分布可以很好地拟合具有重拖尾现象的海杂波数据。此外,WW分布能够在不同极化域内准确地描述海杂波的统计特性,具有较好的海杂波幅度分布统计建模能力。     

海杂波与目标极化特性研究进展

对海雷达回波极化特性研究是对海雷达目标识别以及抗干扰技术发展的基础.对海雷达回波信号包括目标信号和海杂波,其中,目标通常是飞机、舰船、弹头或无人机,而海杂波是制约雷达探测性能的关键因素.本文归纳总结了国内外在海杂波、目标（飞机、舰船、弹头以及无人机）极化特性方面的研究现状和主要研究结论,并对后续工作进行了展望.     

低掠射角海杂波的统计特性分析

大量的研究文献表明,低掠射角雷达海杂波的统计特性可以采用复合高斯模型,即相干长度较短的散斑分量与相干长度较长的纹理分量的乘积,并具有明显的非高斯性、非平稳性和非均匀性。针对X波段,不同的距离分辨率和极化方式的雷达海杂波,首先给出了纹理分量的提取算法,并分析了杂波的平均功率谱,其形状在大多数情况下满足指数模型。然后对杂波的时域和频域的非高斯性进行了分析,分析结果表明,其幅度分布可以采用基于对数正态分布的纹理的广义K分布模型。最后对杂波的统计特性的非平稳性和非均匀性进行了分析。     

实测海尖峰特性分析及抑制方法

在高分辨率、低擦地角、高海况以及HH极化工作方式下,雷达回波强度会明显增强,容易产生海尖峰,使得海杂波具有高幅值、非平稳和非高斯等特点,严重影响雷达对海面微弱动目标的检测.为此,该文提出一种海尖峰抑制方法,首先,给出了海尖峰判别和筛选方法,在此基础上,分析了海尖峰的幅值特性、时间相关性、多普勒谱和分数阶功率谱特性;其次,通过剔除背景中的海尖峰并选取最小平均功率水平的背景杂波作为待检测数据,能够抑制海杂波,改善SCR;最后,实测数据的实验结果验证了该方法的有效性.      

On the fractal dimension of sea surface backscattered signal at low grazing angle

Fractal analysis of sea surface backscattering signal (sea clutter in radar terminology) represents a novel technique for the study of sea surface roughness. When Kirchhoff's assumption is satisfied, the fractal dimension of the signal is linearly related to the fractal dimension of the sea surface. Moreover, such a relationship is independent of transmitted frequency, polarization, time, space, sea wave propagation direction, incident angle (within the constraint of Kirchoff's assumption) and significant wave height. Nevertheless, for a low grazing angle, the Kirchhoff approximation does not hold and the behavior of the sea clutter fractal dimension cannot be theoretically predicted. The purpose of this paper is to investigate the fractal dimension of the sea clutter at low grazing angle, in order to extend the theoretical results. Moreover, the effects of the presence of a target on the sea surface are analyzed by means of the fractal dimension. Such an analysis is performed by using live recorded clutter data. In detail, the fractal dimension's dependence on space, time, sea wave propagation direction, sea wave height, transmitted polarization and presence of targets is investigated. A discussion on the use of the sea clutter fractal dimension for sea surface monitoring is addressed.     

X波段雷达实测海杂波的特性分析

舰载雷达和海岸警戒雷达的目标检测和跟踪性能与海杂波密切相关。对X波段雷达实测海杂波进行了功率谱密度和相关分析,得到了一些有益的结果。与VV极化相比,HH极化的海尖峰特性更明显;与HH极化相比,VV极化海杂波的功率谱密度具有更窄的带宽,且衰减得更快。而HH和VV极化海杂波具有相似的相关性,但HH极化的相关系数要比VV极化的要小。得到的结果对雷达目标检测与识别具有一定的借鉴意义。     

Analysis of sea spikes in radar sea clutter data

In this paper three sets of high-resolution, coherent, and polarimetric radar sea clutter data are analyzed and compared with radar sea clutter models. The nature of the data allows a thorough analysis of the power, polarization and velocity of the sea clutter. It is shown that these quantities, especially the velocity, are good measures of many physical properties of the ocean surface. Furthermore, it is shown that these physical properties match well with the sea clutter models. Sea clutter is found to consist of two components, a diffuse background, characterized by low values of backscattered power, HH/VV polarization ratio and Doppler velocity, and a number of spiking events, which possess higher power, polarization ratio and velocity. The background is reasonably well modeled by tilt-modulated Bragg scattering, whereas the spikes may be associated with the scattering on steepened and/or breaking waves. Moreover, it is shown that the influence of microbreakers has to be taken into account to explain the relatively high polarization ratio. A breaking wave origin for the spikes is supported in two ways. First, by a detailed analysis of the temporal behavior of individual spike backscatter properties, and second, by a statistical analysis of the entire population of spikes.