强海杂波背景下目标检测方法综述

高频地波雷达被广泛应用于海面目标的检测,而由于海杂波的分布散射具有很强的动态特性,通常情况下成为了海面目标检测的主要干扰成分.因此,在强海杂波背景下进行目标检测的关键在于如何有效抑制海杂波.从循环对消、子空间分解、模型预测以及分形特征这几方面对海杂波抑制技术进行综述、分析和总结,为后续对海面目标检测提供参考.     

基于海杂波稀疏性与非均匀度的样本挑选方法

针对预警雷达对海监视面临海杂波分布非均匀与杂波样本受目标污染,导致自适应杂波抑制处理性能恶化和目标能量损失的问题,提出了一种基于海杂波稀疏性与非均匀度的样本挑选方法。该方法将目标的导向约束与广义内积样本挑选方法结合,先利用海杂波在空时二维平面上的稀疏分布特性,根据海杂波与目标空时二维分布差异剔除被目标污染的样本,再利用广义内积准则衡量海杂波分布的非均匀程度,并获取均匀样本,以提高杂波协方差矩阵的估计精度。仿真结果表明:所提方法能在提高杂波抑制性能的同时,减小目标信号能量损失。该方法可广泛应用于海面预警监视雷达系统。     

海面舰船复合场景电磁散射模型与应用研究

开展海上舰船目标复合场景电磁散射机理和模型研究对于海洋环境中的船只监测以及分类识别有着重要的指导意义。面向高分辨雷达对海探测需求,介绍了研究团队近年来针对海洋环境提出的一系列电磁散射模型,具体包括：1）针对海面电磁散射提出的毛细波修正面元散射模型,面元化的简化小斜率近似模型以及针对高海情海面提出的考虑破碎波影响的面元化散射模型;2）针对电大尺寸目标提出的几何光学/物理光学混合算法及其硬件加速实现方案;3）针对船海复合场景提出的面元散射模型与几何光学/物理光学混合方法。最后给出了电磁散射模型在海杂波特性仿真分析、电大尺寸目标雷达特性分析、目标及船海复合场景高分辨合成孔径雷达图像仿真与目标探测等中的应用。     

混沌模型用于海杂波模拟

雷达海杂波的模拟通常基于统计模型 ,但研究表明海杂波具有复杂的混沌行为。在海杂波混沌模型的基础上 ,把径向基函数网络 (RBFN)应用于对它的模拟 ,构造出一个能很好重现海杂波动态特性的神经网络模拟器。仿真的结果表明它不仅可以模拟原始数据的混沌特征 ,而且可以模拟它们的统计特征 ,比如分布、功率谱等 ,这为雷达海杂波的模拟提供了一种更能精确重现杂波特性的方法     

基于改进ALO-RBF的高频地波雷达海杂波预测模型

高频地波雷达是海上动目标检测的重要手段，其中海杂波是影响海面目标检测性能的主要因素。为了提高海杂波的预测精度进而有效抑制海杂波，本文提出了一种基于改进蚁狮算法（Ant Lion Optimizer，ALO）优化RBF神经网络的海杂波预测模型（MGPALO-RBF，Multiple elites dynamic guidance Ant Lion Optimizer based on Gaussian difference variation-based learning with Perturbation factor-radial basis function）。由于标准蚁狮算法具有易陷入局部最优且收敛速度慢的缺点，本文在蚂蚁进行随机行走的过程中加入扰动因子以增加种群的活跃性和多样性，并提出多个精英动态引导机制，强化算法前期的探索能力和后期的开发能力，同时对种群中较差蚁狮进行高斯差分变异以提高算法的收敛速度。仿真结果表明：改进的蚁狮算法在对比算法中具有更高的收敛精度和收敛速度，MGPALO-RBF模型具有更好的海杂波预测性能。     

波导传播的海杂波反射率

某些海杂波反射率模型是在标准传播条件下建立的反射率和掠射角间的关系式。本文假定掠射角只适于海面相位斜率的测绘。为了计算标准和非标准两种条件下的海面相位斜率，采用了抛物面方程模型。计算的检查表说明相位形状与标准传播掠射角有关，这个掠射角又与杂波反射率有关。并把得到的杂波反射率与用各种实验模型和非实验模型计算的反射率进行了比较。     

海杂波特性研究

从雷达距离性能的角度出发，研究了海杂波的一些重要特性，特别是海杂波的反射率及其与雷达波长和入射余角的关系。还讨论了极化对雷达距离性能的影响、海杂波概率分布、海杂波谱等。最后给出了海面反射率的典型结果。     

海杂波多不规则碎片特征

海杂波是指被雷达发射脉冲照射的局部海面的后向散射回波。由于复杂的海杂波信号取决于海平面上复杂的波浪运动，因此从非线性动力学角度来研究海杂波是合理的，尤其是用混沌理论替代简单的基于随机过程的观点。过去十年中加拿大McMaster大学的Simen Haykin博士带领的小组采用混沌理论，以非整数不规则碎片维数和正的李亚彭诺夫(Lyapunov)指数为特征的混沌吸引假设为基础，进行了海杂波数据分析，他们得出了海杂波信号具有混沌特征的结论。也就是说，复杂的海杂波波形是由几个模式(即自由度数)的非线性确知相互作用所产生的。但是以数字估计的非整数不规则碎片维数和正的李亚彭诺夫(Lyapunov)指数可能无法充分表示混沌特性。最近Cowper、Mulgrew、Noga和Davies都分别对雷达的海杂波混沌特性提出了置疑。在本文中，我们采用由Gao和Zheng提出的针对确知混沌的直接动态试验法来证明持续两分钟的海杂波数据不具有混沌特性，该试验法是低维混沌较精确的标准方法之一。同时我们也对这组海杂波数据进行多不规则碎片分析，可以看出原始海杂波的振幅信号近似于多不规则碎片模型，而由采集用以衡量海平面上连续波浪能量的振幅信号连续本地最大值所形成的包络信号，则完全满足多不规则碎片模型。产生这种差异的一个可能解释是，当时间标尺短得足以能够表示对应于海面上起伏的单个波浪运动的详细信号时，多不规则碎片的度量标尺就会被破坏。这些情况决定了振幅信号近似于对数正态分布，而包络信号，即海平面连续波浪的能量，则完全满足对数正态分布。以前已观察到振幅信号呈近似对数正态分布，而使用相乘多不规则碎片理论，就可以得到如原稿中讨论的那样，从理论上证明海杂波呈对数正态分布。海杂波具有多不规则碎片特征的结论对海平面上点目标的检测可能具有积极的意义。     

变浅效应调制的复杂动态海面杂波特性研究

为了解近岸浅水域雷达海杂波特性,针对变浅效应调制的近岸海面,分别用非线性水动力模型对海面进行几何建模,用二阶小斜率近似模型对海面杂波进行建模。通过对海面散射场的散射振幅对粗糙海面的斜率作幂级数展开,获得相应的散射场,讨论了近岸动态海面后向散射特性和散射回波的多普勒谱特性。研究发现:在小风区不同水深的海面斜率差异较小,在大风区不同水深的海面斜率差异变大,表明水深对波浪形状的影响随风区增大而变大;在相同条件下,浅水与深水区域对应的海面后向散射系数差值在风区较大时更明显,大风区的浅水海面多普勒谱中心频率增幅也最为明显,尤其是对水平极化。研究对近岸海域雷达目标探测和识别、滨海区域海洋遥感及相关应用有一定的指导意义。     

K分布及其函数表的生成

K分布是一种新构造的混合模型,主要用于描述多种高分辨低擦地角的地杂波和海杂波,是目前公认能精确反映雷达杂波的模型。利用理论分析和计算机模拟,得到了整数形状系数条件下准确的K分布曲线族和分布函数表。     

高频地波雷达海杂波背景下目标检测研究综述

高频地波雷达探测距离远、全天候、实时准确探测等优点在目标检测领域广泛应用。针对海杂波会干扰目标检测的问题，分别从非线性预测类、分形类、子空间分解类、对消类等方面对海杂波背景下目标检测方法进行了综合评估。归纳总结国内外相关文献，并对目前方法存在的不足进行总结。为以后深入研究海杂波干扰问题提供参考。     

基于后向散射系数模型的杂波仿真与信号重构

分析机载PD雷达的地杂波特性,研究杂波仿真技术。针对机载PD雷达地杂波形成的特点,从机载PD雷达的工作过程出发,基于后向散射系数模型,采用距离-多普勒划分法的杂波功率谱闭合计算模型,计算机载PD雷达的地杂波功率谱分布情况,经仿真分析地杂波分布规律受脉冲重复频率、载机速度和天线指向等因素的影响。提出一种时域信号重构方法,解决了如何由基于后向散射系数模型得到的杂波功率谱重构不具备时域统计特性的时域视频杂波信号的问题。     

相参相关Weibull分布海杂波建模与仿真

介绍了一种用零记忆非线性变换(ZMNL)模拟具高斯谱特性的相参相关Weibull分布海杂波的方法。由正交白高斯噪声序列经线性滤波器产生相关的正交高斯序列,用ZMNL将该序列通过非线性变换为相参相关Weibull杂波。仿真结果表明,该法形成的海杂波信号与理论值吻合较好,方法可行。     

基于速度滤波的杂波抑制步进频率波形设计研究

杂波是影响高分辨雷达宽带一维距离像成像性能的重要因素。强杂波可能会造成目标点遮盖和虚假目标点,影响雷达的检测性能。针对步进频率成像杂波抑制问题开展波形研究,提出了一种抑制杂波的步进频率(CS-SF)新波形。CS-SF发射波形为组内同频、组间步进的脉冲串,利用目标与杂波的速度差异,通过组内加权抑制杂波,组间离散傅里叶逆变换(IDFT)提高距离分辨率。详细分析了该波形抑制杂波的原理和信杂比改善理论值,给出了CS-SF波形信号处理流程,建立了单目标杂波模型和扩展目标杂波模型。通过仿真验证了CS-SF抑制杂波的有效性,信杂比改善实际值符合理论值。     

海杂波FRFT谱的近似分形特性与目标检测

主要介绍了海杂波分数阶Fourier变换（FRFT）谱的近似分形特性及其在海杂波目标检测中的应用。根据FRFT的尺度变换性质,研究了自相似过程FRFT谱的近似分形特性,然后将近似分形分析方法引入到实测海杂波FRFT谱分析中,发现在特定变换阶数下得到的海杂波FRFT谱间存在近似分形特性,且目标回波可使近似分形特性描述参数——FRFT域Hurst指数发生变化。因此,可利用FRFT域Hurst指数设计恒虚警率（CFAR）检测方法。经X波段和C波段雷达实测数据验证,所提方法的检测性能明显优于经典的利用时域Hurst指数的目标检测方法。