微多普勒理论在海面目标检测中的应用及展望VIP免费

雷达学报JournalofRadars微多普勒理论在海面目标检测中的应用及展望陈小龙关键*何友(海军航空工程学院电子信息工程系烟台264001)摘要：微动特性是目标物理特性之一，微动目标的雷达特征包含了对目标形状、结构和运动的精细刻画，同时微多普勒反映了信号的非平稳特性，因此，在高海况条件下采用微多普勒理论分析海杂波及检测海面目标具有很大的优越性。该文首先从微多普勒机理和特点出发，对动态海面散射杂波建模和海杂波多普勒特性分析方法等相关研究进行归纳与分析，表明微多普勒理论应用的必要性；然后，从海面微动目标回波建模和微动特征分析与检测方法等方面重点介绍了微多普勒理论在海面目标检测领域的应用和主要技术途径；最后，针对现有研究中存在的问题，阐述了有待于进一步研究的方向。关键词：微动；微多普勒；海杂波；目标检测中图分类号：TN957.51文献标识码：A文章编号：2095-283X(201)0-0DOI:10.3724/SP.J.1300.2012.20102ApplicationsandProspectofMicro-motionTheoryintheDetectionofSeaSurfaceTargetChenXiao-longGuanJianHeYou(DepartmentofElectronicandInformationEngineering,NavalAeronauticalandAstronauticalUniversity,Yantai264001,China)Abstract:Micro-Dopplerisoneofthetargetphysicalcharacteristics.Theradarsignatureoftargetwithmicro-motioncanmakefinecharacterizationoftheshape,structureandmovingstateoftarget,whichreflectsthenonstationarypropertyofradarsignal.Hence,ithasgreatsuperiorityintheanalysisofseaclutterandtargetdetectionincaseofhighseastatebasedonmicro-Dopplertheory.Inthispaper,modelingofscatteringclutterfromtime-varyingseasurfaceandanalysismethodsofseaclutterDopplerarefirstlyreviewedbasedontheprincipleandcharacteristicofmicro-Doppler,whichshowsthenecessityofmicro-Doppler.Then,applicationsandtechnologicalapproachesofmicro-Dopplerintheseasurfacetargetdetectionareintroducedfromtheaspectsofthemicro-motiontargetmodelinganddetectionmethodsofmicro-motionsignature.Intheend,futureresearchinterestsarepointedoutaccordingtotheproblemsofpresentstudy.Keywords:Micro-motion;Micro-Doppler;Seaclutter;Targetdetection1引言海杂波中微弱目标尤其是“低(低掠射角)、慢(静止或慢速运动)、小(目标尺寸小)”目标的检测技术始终是雷达信号处理领域的难题，不仅具有重要的理论意义，而且在军用和民用领域均占有非常重要的地位，如海面目标的检测、船舶的安全航行、浮冰规避和海洋环境的监测等。传统的基于统计理论的目标检测方法将海杂波视为随机过程[1]，但目标模型和杂波模型均呈多样化发展趋势，尤其是杂波分2012-12-17收到，2013-01-04改回；2013-01-09网络优先出版国家自然科学基金资助项目(61002045,61179017,61201445)和“泰山学者”建设工程专项经费资助课题*通信作者：关键guanjian96@tsinghua.org.cn布模型，在复杂环境中往往不成立或不完全成立，这就使经典目标检测方法由于模型失配而不能取得预期的检测结果。Haykin等人[2]从混沌和分形角度出发，采用关联维数和盒维数等特征量从海杂波中检测微弱目标，但当信杂比持续降低时，检测结果却不尽人意，而且也很难实现对运动目标的检测。研究表明，强海杂波背景下，杂波幅度概率密度函数表现出较长的“拖尾”现象[3]，并且此时的多普勒谱展宽，体现出明显的时变和非平稳特性，它的统计特性和多普勒频率随时间变化，因此海杂波的频谱是时间和频率两个变量的函数，应从时间和频率两方面对海杂波数据进行分析和处理。同时，海上目标随海面颠簸导致姿态变化，引起雷达回波功率调制效应，不仅存在平动，舰船还绕参考点作网络出版时间：2013-01-09网络出版地址：http://radars.ie.ac.cn/CN/article/downloadArticleFile.do?attachType=PDF&id=68雷达学报三轴转动，导致散射点的多普勒频率随时间非线性变化[4]。因此，新的检测算法应能较好地处理时变、非平稳和非线性信号，同时反映信号的精细特征。在这种情况下，人们开始从其它方向寻找...