一种雨杂波环境下连续波雷达分形检测方法与流程

本发明属于雷达，涉及雷达目标检测，具体来说是一种雨杂波环境下连续波雷达分形检测方法，主要应用于云雨等复杂气象探测环境下，实现在雨杂波主瓣区域内对微弱目标回波进行有效检测。

背景技术：

1、随着无人飞行技术的发展，要求连续波情报侦察雷达具备城市、郊区、林地、山地等复杂地形以及强风、暴雨等复杂天气情况下对低空无人机等微小型目标进行有效检测。传统目标检测方法主要是恒虚警检测方法，包括ca_cfar,go_cfar,os_cfar等，其本质上是一种能量检测方法，利用目标回波能量与噪声背景的能量之比实现目标检测。该种类型的目标检测方法可以实现噪声背景下对目标进行较好的检测。但如果当雷达接收的信号包含雨杂波数据时，由于雨杂波不同于地面静止杂波，其具有与动目标回波类似的多普勒特征，因此很难利用mti等传统杂波对消方法对进行对消，使得在检测过程中出现较高的虚警率，影响了雷达检测性能和跟踪效果。同时更重要的由于雨杂波具有一定的谱宽，导致动目标回波将会有较大的概率落入雨杂波的主瓣区，从而导致传统检测方法不仅会产生虚警，同时还会产生较大的漏警。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服传统的基于能量的恒虚警检测方法的不足，提出了一种雨杂波环境下连续波雷达分形检测方法，可应用于云雨等复杂气象探测环境下，实现在雨杂波主瓣区域内对微弱目标回波进行有效检测。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种雨杂波环境下连续波雷达分形检测方法，包括如下步骤：

4、步骤1：对连续波雷达接收的信号进行去调频和两维fft处理，获得包含云雨反射的杂波以及微弱动目标回波的复包络信号sc(n,i)，n＝1,2，...n,i＝1,2,...i，n表示距离单元总数，i表示多普勒单元总数；

5、步骤2：对sc(n,i)沿多普勒维按照如下式子进行归一化操作，得到归一化后的回波点信号secho(n,i)：

6、

7、其中，

8、步骤3：对每一个归一化后的回波点信号secho(n,i)进行恒虚警检测，当secho(n,i)的幅度小于检测门限η时，则直接判定secho(n,i)为非目标检测点，设定检测结果sdet(n,i)＝0，该回波点检测结束；否则，转到步骤4继续执行；

9、步骤4：构建回波点信号secho(n,i)的分形处理矩阵sx(k,m)：sx(k,m)＝secho(n-rra+k-1,i-rdo+m-1),k＝1,2,…,2rra+1,m＝1,2,…,2rdo+1

10、其中，rra和rdo分别为分形处理的距离单位范围和多普勒单位范围；

11、步骤5：求解分形处理矩阵sx的最大值smax，判断smax是否等于secho(n,i)，如果不等于则直接判定其为非目标检测点，设定检测结果sdet(n,i)＝0，该回波点检测检测结束，否则转到步骤6继续执行；

12、步骤6：利用分形处理矩阵sx(k,m)求解回波点信号secho(n,i)在p维的分形向量xp，p取值分别为2和3；

13、步骤7：求解p维分形向量xp的均值和方差

14、

15、

16、其中，b表示p维分形向量xp的长度；

17、步骤8：求解第2维和第3维分形均值的比值ra和方差最大值vm：

18、

19、

20、步骤9：判断ra是否大于门限以及vm是否小于门限如果都满足，则判定secho(n,i)为目标回波检测点，设定检测结果sdet(n,i)＝1，否则判定secho(n,i)为非目标检测点，设定检测结果sdet(n,i)＝0。

21、进一步地，步骤6中，xp的具体求解步骤如下：

22、步骤6-1，设定回波点信号secho(n,i)在p维的分形向量为xp空集，即xp＝[]；

23、步骤6-2，初始化距离点s＝1；

24、步骤6-3，更新分形向量xp如下：

25、xp＝[xp sz sy]

26、其中，sz和sy分别表示分形处理矩阵sx(k,m)在多普勒右半边和左半边的数据，具体表达式如下：

27、sz＝[sx(rra+1+s,rdo+1+p-s)sx(rra+1-s,rdo+1+p-s)]

28、sy＝[sx(rra+1+s,rdo+1-p+s)sx(rra+1-s,rdo+1-p+s)]

29、步骤6-4，更新距离起始点s＝s+1，如果s小于p则转到步骤6-3继续执行，否则运行结束。

30、本发明具有以下优点：

31、1、本发明可以有效消除由雨杂波引起的虚警。本发明通过在传统恒虚警方法的基础上，增加了一级分形检测方法。通过雨杂波与目标回波的差异化分形特征，可以能够有效的识别由雨杂波引起的尖峰，从而将其剔除，因此相对于传统方法具有更低的虚警率。

32、2、本发明具有更优的目标检测概率。本发明由于在传统恒虚警方法的基础上，增加一级分形检测方法，因此在恒虚警检测过程可以设定的检测门限。然后，利用后一级基于特征的分形检测技术将由于低门限引入的虚警进行消除，从而可以保证本发明较低虚警率情况下，实现对更微弱的目标回波检测。

33、3、本发明可以应用于连续波雷达中，实现当雷达天线接收信号包含大量雨杂波时，有效消除有雨杂波引起的虚警，同时利用恒虚警和分形两步检测方法，具备在雨杂波主瓣区域内对微弱目标回波检测能力。

技术特征：

1.一种雨杂波环境下连续波雷达分形检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种雨杂波环境下连续波雷达分形检测方法，其特征在于，步骤6中，xp的具体求解步骤如下：

技术总结
本发明公开了一种雨杂波环境下连续波雷达分形检测方法，可解决对雨杂波主瓣区域内的微弱目标回波进行有效检测问题。其实现步骤是：对天线接收信号进行去调频和两维FFT处理，获得包含云雨反射的杂波以及微弱动目标回波复包络信号；进行归一化和恒虚警检测，获得大能量峰值检测点；构建检测点的分形处理数据；在求解不同维度分形向量的基础上，获得不同维度分形特征均值与方差；根据分形特征实现对目标回波检测。本发明可以应用于连续波雷达中，实现当雷达天线接收信号包含大量雨杂波时，有效消除有雨杂波引起的虚警，同时利用恒虚警和分形两步检测方法，具备在雨杂波主瓣区域内对微弱目标回波检测能力。

技术研发人员：王琳,王海涛,李宝莲,张梦宇,莫雨静,尤鹏杰,纪传胤
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13