基于譜峭度特征識別的海雜波弱小目標檢測方法

逯旺旺 楊勇 張斌

摘 ?要：針對在復雜海雜波強干擾環(huán)境、低SCR的情況下，對弱小目標進行全極化雷達檢測難度大的問題，提出一種基于回波信號譜峭度值特征識別檢測算法，分別對純海雜波信號和帶目標物信號進行實測分析，結(jié)果表明純海雜波信號和帶目標物信號的回波特征中譜峭度數(shù)值具有明顯的差異，辨識度極高，能夠充分反映出目標物的回波特征。

關鍵詞：回波特性;全極化;弱小目標;譜峭度

中圖分類號：TN957.51 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：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

隨著我國科學技術(shù)的不斷發(fā)展，全極化雷達檢測技術(shù)在民用和軍用領域得到了廣泛而深入的應用，但隨著探測環(huán)境的復雜化、觀測目標的多樣化，在現(xiàn)代雷達裝備應用中，人們對雷達性能提出了更高的要求，這促使人們在信號處理理論和技術(shù)上不斷探索和創(chuàng)新。海上低小慢目標的檢測與識別研究是雷達目標探測領域的熱難點問題，對強雜波背景下的弱小目標信號難以進行有效的檢測與識別[1-3]，目前，國內(nèi)外對于海雜波干擾環(huán)境下的弱小目標檢測研究較多，但是，在檢測精度和效率方面較低，本文提出一種全新的基于回波信號的譜峭度特征識別檢測算法，通過理論和實測數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，首先通過理論對該方法進行推導，然后對實測數(shù)據(jù)進行分析驗證，證明該方法的可行性。該檢測方法能夠有效快速地實現(xiàn)對海雜波弱小目標的檢測，該研究對進一步推動雷達在強雜波背景下檢測弱小目標難題的解決具有重要的意義。本文是國防科技大學CEMEE國家重點實驗室課題組在低小慢目標檢測與識別方向的最新研究成果。

1 ?理論研究

雷達發(fā)射的電磁波信號傳達到起伏波動的海平面時會發(fā)生一定的相互作用，電磁波經(jīng)過海面后，反射出的強烈、不規(guī)則的回波稱為海雜波[4-7]。海雜波具有回波能量強、變化快且復雜、時空非平穩(wěn)等特點[8-10]。當雷達探測海洋表面附近的目標時，海雜波和目標回波同時被雷達天線接收，進入雷達接收機。當目標回波強度小于海雜波或者與海雜波相當時，由于海雜波的出現(xiàn)，雷達對目標的檢測性能會顯著下降[11]。

3 ?結(jié) ?論

本文提出的基于回波信號譜峭度特征識別檢測算法，通過理論推導出了雷達檢測到的回波信號的譜峭度表達形式，并通過實測數(shù)據(jù)進行分析驗證，借助短時傅里葉變換等信號分析方法有效地過濾掉干擾信號，識別出目標信號的譜峭度，該方法提升了對目標對象的分辨、識別能力。對純海雜波信號進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，而有目標回波信號譜峭度峰值能夠達到純海雜波信號譜峭度數(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譜峭度較低，充分體現(xiàn)了目標信號譜峭度特征。

在不同海況下進行測試的結(jié)果表明：不同海況條件下，檢測得到的回波信號的譜峭度具有一定的差異，海況越強，雷達檢測到信號的回波信號特征越明顯，通過短時傅里葉變換處理后得到的回波信號的譜峭度特征越明顯，使用該方法在惡劣海況條件下進行目標識別具有一定的優(yōu)勢。通過對實測數(shù)據(jù)分析驗證，證明了分析譜峭度的檢測方法能夠有效快速地實現(xiàn)對海雜波弱小目標的檢測，且檢測效率高，可行性強，對該檢測方法的研究為雷達在強雜波背景下檢測弱小目標提供了一定的指導意義。

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作者簡介：逯旺旺（1991-），男，漢族，甘肅天水人，就讀于電子科學學院，碩士，主要研究方向：海雜波信息處理，雷達弱小目標探測與識別;楊勇（1985-），男，漢族，湖北鐘祥人，就職于電子科學學院，副教授，博士，主要研究方向：極化雷達目標檢測與識別;張斌（1991-），男，漢族，湖南張家界人，就讀于電子科學學院，碩士，主要研究方向：極化信息處理。