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。     

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。     

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。     

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     

海洋环境中基于小波变换的弱信号检测新方法

海洋环境中弱信号的谱与海杂波的谱相混叠,目标和背景的位置差异很小,经典的频域或空域处理对海杂波中弱信号的检测难以奏效。鉴于小波变换在提取弱信号方面具有独到的优势,提出了一种海洋环境中基于小波变换的弱信号检测方法。利用雷达采集的真实海杂波数据,在不同信杂比的条件下,研究了该方法与经典频域法在信号检测中的差别。通过实验分析,与经典方法相比,当信杂比达到-14.7dB时,仍能很好地对信号进行检测。     

改善中程舰空导弹低空性能的技术途径

本文主要讨论改善半主动雷达寻的中程舰空导弹低空性能的技术途径.除适当选择雷达参数如波长、波束宽度、脉冲宽度等来尽量减小海杂波强度外,抑制海杂波主要依靠多普勒效应.跟踪雷达中的动目标显示与动目标跟踪,以及全程连续波半主动雷达号的制导体制都是利用了多普勒效应来抑制海杂波,使目标从杂波中区分出来.此外也可利用频率捷变对海杂波进行去相关、然后积累的方法.对于海平面的镜面反射,可以选择垂直极化及利用其布鲁斯特效应来减弱镜象的影响.跟踪雷达可采用定角偏轴开环跟踪方式减弱多路径效应而实现低角跟踪.导引头也可利用目标与镜象的多普勒分辨力来区分目标与镜象,实现对目标的跟踪.     

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。     

利用增强海杂波特征对付反舰导弹威胁

根据美海军研究实验室(NRL)的报告,海军电子战最近对海杂波特征表现出浓厚兴趣,已开始评估雷达海杂波的状况。NRL重新重视海杂波对雷达的影响,表明了海杂波具有潜在的干扰应用价值。在某种情况下,舰载和机载干扰机可通过增强海杂波特性和效应的办法使反舰导弹中断跟踪,丢失它欲攻击的目标。 NRL认为日益增长的威胁主要来自隐身的掠海反舰巡航导弹(S~3ASCM)。专家们认为反舰巡航导弹在检测雷达截面积较小的舰只(如DD-21级驱逐舰)时,一般会用到非常低的入射余角,所以此处的海杂波会被强压制。根据NRL的报告,近海作战环境下既然需要使用低     

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。     

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。     

基于自适应波形设计的天基雷达目标检测方法

针对天基雷达检测海面目标时杂波特性复杂、场景变化迅速和信杂比低的问题,文中提出一种基于波形自适应设计的目标检测方法。这种方法将每个驻留时间分拆为若干个子驻留,在第1个子驻留上发射线性调频脉冲,并进行预检测和杂波协方差估计。在后续子驻留中采用多粒子滤波技术对杂波协方差进行动态更新,以适应天基雷达杂波的快速变化。进而在后续子驻留中利用平均平方优化技术自适应的设计波形,并进行主成分分析和广义似然比检验,以提高信杂比和实现恒虚警率检测。最后,文中将海杂波建模为复合高斯过程、将目标建模为若干个具有确定但未知散射幅值的散射体,并进行仿真实验。结果表明,在尖峰性海杂波环境和天基监视雷达配置条件下,用这种目标检测方法实现可靠检测所需的信杂比降低约9dB,可有效改善对弱小目标的检测效果。     

海杂波后向散射频谱的研究

为研究导弹跟踪海面目标时的海杂波多径干扰,建立了用于数值仿真和半实物仿真的目标回波与海面杂波的多普勒频率及功率模型。理论仿真计算值与飞行试验数据的比较表明,所建的海面后向散射海杂波模型正确,可用于背景模型仿真。最后给出了一低空远界理论弹道主瓣杂波功率的仿真样例。     

一种基于分形和ICA的海杂波SAR图点目标检测新方法

提出了一种新的用于海杂波合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)图点目标检测的方法。传统方法一般是基于亮度差异的阈值分割,或者基于降噪之后的目标提取。然而它们处理强海杂波SAR图时,效果并不理想。将传统方法的本质加以提炼和融合,并将分形Hlder指数和独立成分分析(ICA,Independent Component Analysis)相结合,提出了空间分离法,实现了海杂波SAR图的降噪和点目标检测。首先,求得点态Hlder指数图,并用二值模糊化技术对其处理;接着使用ICA技术得到基图像和独立成分;然后使用空间分离法,对独立成分进行分离,同时对基图进行对应分类,获得非噪声和噪声两个空间。最后在非噪声空间上进行独立成分增强,并复原图像。实验部分,将该算法与传统算法进行对比,从视觉效果和量化指标两方面证实了该算法的有效性和优越性。     

相关广义复合分布雷达海杂波仿真

在现代海战中,随着雷达分辨率的提高及信号带宽的增加,雷达海杂波越来越复杂,建立准确而有效的雷达海杂波模型,对雷达电子战系统的仿真具有重要意义。常见的海杂波模型有瑞利(Rayleigh)分布、韦布尔(Weibull)分布、对数正态(Log-Nornal)分布、K分布等,这些分布有其各自不同的应用环境与优缺点。而广义复合(Generalized Compound)分布模型具有较强的灵活性,适于高分辨雷达的杂波建模。分析广义复合分布模型及其原理,并采用零记忆非线性变换(ZMNL)法仿真相关广义复合分布杂波,从而验证了算法的有效性及模型的实用性。     

基于改进PSO-WNN的高频地波雷达 电离层杂波抑制方法

高频地波雷达的海上目标探测能力与电离层杂波的抑制效果息息相关,而电离层杂波的复杂性与变化多样性又为抑制带来了难题。为实现电离层杂波的抑制,分析了电离层杂波的混沌特性,在此基础上提出一种基于改进粒子群算法优化小波神经网络的抑制方法,解决了粒子群算法易早熟和易陷入局部最优的缺点;提出一种自适应概率变异的策略,丰富了种群多样性,使得整个迭代过程中粒子群能够跳出当前最优,寻得全局最优。实测实验表明,基于改进粒子群算法优化的小波神经网络（PSO-WNN）能够基本预测电离层杂波的数值,进行电离层杂波的抑制,有效改善了信噪比,对电离层杂波的抑制研究具有重要意义。     

超低空导弹引信抗海杂波干扰的信号提取方法

由于超低空导弹工作在海杂波背景下,其引信的信号检测易受干扰。传统的信号处理方法效果不佳,而小波变换有多分辨分析的特性,可以有效滤除杂波带来的噪声,然后根据回波信号频率,辨别真假目标。基于雷达引信实测数据进行仿真,实验结果表明,该方法能够有效滤除大部分噪声信号,从而提高超低空导弹作战能力。     

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。     

雷达导引头干扰对抗仿真技术研究

研究了复杂战场环境下,反舰导弹雷达导引头干扰对抗性能分析评估的数学仿真平台设计方法.首先介绍了仿真系统总体设计方案、模型体系结构、雷达导引头仿真建模方法,然后论述了目标起伏、闪烁、海杂波仿真建模方法,以及典型干扰原理及其仿真建模方法,最后对雷达导引头干扰对抗综合性能评估方法进行了探讨.基于该仿真系统,可以对反舰导弹在复...