基于高分辨率雷达的海杂波建模及弱目标检测

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雷达系统对海上目标检测主要会受到海杂波的干扰,由于海面上各点之间的连续性与波动性,使得海杂波之间出现了一定的相关性以及杂波的非高斯性,从而严重影响了海上雷达对目标检测的性能,对海杂波特性的研究并掌握海杂波变化趋势,是有效抑制海杂波并对目标进行检测的关键;宽带雷达使得目标成为距离扩展目标,每个散射点都分布在不同的距离单元内,并且把所有距离单元内散射点的回波矢量和作为目标的总回波信号。本文的内容是对海上目标检测技术的研究,主要工作如下:(1)首先介绍了高分辨率雷达对目标检测的研究背景及意义,以及海杂波对目标检测的影响因素,雷达系统利用传统的先检测后跟踪(Detection Before Tracking,DBT)方法对目标检测已经失效了,则有了另外一种检测前跟踪(Track Before Detection,TBD)方法,通过增大相干积累时间可以达到目标检测的效果。(2)在雷达目标检测技术中,介绍了雷达系统模型以及雷达发射LFM信号时的回波模型,在雷达接收到回波时需要先对其进行脉冲压缩处理,然后通过长时间相干积累可以达到目标回波能量积累的效果并可以抑制海杂波。(3)介绍了海杂波形成的机理以及影响因素,并分析了常见的几种海杂波分布模型,接着介绍了零记忆非线性变换法(Zero Memory Nonlinearity,ZMNL)和球不变随机过程法(Spherically Invariant Random Processes,SIRP)对时空相关K分布海杂波进行仿真,并把仿真得到的海杂波数据与理论值进行对比,验证了SIRP法仿真海杂波模型的有效性。(4)介绍宽带雷达使得雷达截面积很低需要增大相干积累时间对目标进行检测,此时回波信号会出现距离走动会降低相干积累的效果;最后介绍了时-频变换基本理论,包括驻相原理、不确定性原理,以及通过分析高斯窗函数的时频特性,发现高斯窗函数可以使得不确定性原理的不等式取等号。(5)沿着雷达监测方向的匀变速运动目标,介绍了目前存在的四种检测算法,针对回波中存在的距离走动和多普勒展宽的问题,提出了一种新的检测算法IAR-STFT,并介绍了此算法的基本理论和实现途径,通过仿真验证了此算法的有效性,并与其他检测算法对比发现了此算法的检测性能更好。
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