帧间积累抑制海杂波算法研究

复杂海杂波中的目标检测一直是一个探索性强、难度大的研究领域[1],在非相参对海雷达检测领域,单帧恒虚警、多帧的TBD技术均会带来较大的虚警,文章提出一种多帧数据相关性积累算法,利用海杂波的帧间非相关性进行海杂波抑制与目标检测,解决了快速目标帧间跨距离单元、方位单元的帧间数据相关积累问题。经实际采集数据验证,比单帧恒虚警检测有较好的处理效果。

基于残差单元与注意力门的非对称编解码海杂波抑制网络

针对非均匀海杂波环境下弱小目标检测困难的问题,本文基于复值残差单元和注意力门机制,提出一种用于海杂波抑制的非对称编解码网络(Asymmetric Encoder-Decoder Network,AED-Net).该网络以雷达回波经匹配滤波后得到的复值信号为输入,利用复值残差单元取代常规卷积单元进行弱小目标和海杂波特征的提取,增强网络特征提取能力的同时避免特征信息退化.然后采用注意力门模块将编码路径各模块提取的特征信息分别送入到解码路径对应的模块.最终输出海杂波抑制后的复值信号.由于各注意力门的输入和输出维度可根据网络结构自主选择,该网络设计是一种非对称编解码结构.与典型对称编解码网络UNet相比,复值残差单元与注意力门的引入显著降低了特征信息的冗余度,增强特征信息的提取与传递,提升了海杂波抑制性能.与此同时,复值残差单元的参数规模远小于卷积单元,而注意力门的引入也有效减少解码路径单元的数量,整个网络的参数规模显著减小.基于海杂波实测数据的实验结果表明,与典型复值UNet(Complex Value-UNet,CV-UNet)网络相比,AED-Net的输出信杂比平均提升9 dB,有效工作的最低信杂比降低了3 dB,模型参数量和计算量分别减少57.8%、50%.

基于奇异值分解的空域海杂波抑制算法

为实现对高频地波雷达(high frequency surface wave radar,HFSWR)一阶海杂波谱中目标的检测,提出了基于奇异值分解(singular value decomposition,SVD)的空域海杂波抑制算法(简称空域SVD算法).空域SVD算法是利用海杂波较强的相关性,将邻近距离单元作为参考,对其阵列协方差矩阵进行SVD,估计空域的海杂波子空间和噪声子空间;再利用子空间的正交性,从阵列回波信号中去除其在海杂波子空间的投影分量,达到在空域抑制海杂波的目的.该方法与现有的空域海杂波抑制方法相比,不需要预先知道海杂波的方位,利用阵列协方差矩阵的SVD来估计子空间,使得子空间的估计比较容易且准确,提高了输出信杂噪比(signal to clutter plus noise ratio,SCNR),有利于目标的检测.

一种改进的OTHR自适应海杂波抑制方法

海杂波抑制严重限制天波超视距雷达(over-the-horizon radar,OTHR)系统对低速舰船目标检测能力的主要原因之一。针对自适应海杂波抑制方法中当杂波与目标多普勒频率接近时存在目标谱峰分裂或目标谱峰偏移的问题,提出一种采用运动目标显示(moving target indication,MTI)与基于特征值分解的自适应杂波抑制相结合的改进的特征值分解(modified eigen-value decomposition,MEVD)海杂波抑制方法。该方法通过MTI滤波器抑制目标谱峰内杂波,之后通过自适应抑制方法抑制其他杂波,具有同时抑制一阶和高阶海杂波的能力,提高了目标信杂噪比,有助于提高OTHR对舰船目标的检测性能。理论分析、仿真实验和实测数据处理结果均验证了MEVD方法的有效性。

船舶导航雷达的海杂波自适应抑制算法

船舶导航雷达的海杂波抑制技术是提高海面目标检测性能的关键和难点技术,具有很高的军事和民用价值。文中基于数理统计理论,提出了多模型选择的海杂波自适应抑制方法,通过对雷达多次扫描的回波数据建立海杂波模型库,统计、估算各模型相应参数选择与雷达回波数据最佳匹配的模型,作抑制海杂波的对消处理。计算机仿真及实测数据处理,都验证该方法的有效性和可行性。

一种改进的基于峰值信噪比-高阶奇异值分解的天波超视距雷达自适应海杂波抑制算法

天波超视距雷达(OTHR)舰船目标的检测性能受目标区海杂波的影响严重,准确且自适应的海杂波抑制效能对改善低可探测舰船目标的检测性能意义重大。该文针对基于高阶奇异值分解(HOSVD)的海杂波抑制算法非自适应机制的不足,通过引入峰值信噪比(PSNR),提出一种改进的基于PSNR-HOSVD的自适应算法。该算法仅利用第3等效模式展开矩阵的左奇异向量构造一个投影矩阵,相比于HOSVD算法,该文算法可有效降低计算复杂度,同时由于海杂波仅在第3等效模式展开矩阵的列空间中具有聚集特性,因此该文算法具有比HOSVD算法更好的海杂波抑制性能。实测数据处理结果表明,在电离层状态理想和非理想的情况下,该文PSNR-HOSVD自适应算法的性能均优于EVD自适应算法和HOSVD非自适应算法。

一种基于压缩感知的天波超视距雷达短时海杂波抑制方法

针对传统时域对消方法在短时条件下杂波重构精度低、抑制性能差的缺陷,该文提出一种基于压缩感知的天波雷达短时海杂波重构及抑制方法。首先对天波雷达短时回波模型进行了建模,在此基础上分析了利用压缩感知进行短时海杂波重构的合理性;其次分别从基于复冗余正弦字典的回波稀疏表示、基于降维字典的传感矩阵表示和基于改进的正交匹配追踪算法的杂波重构及抑制3个步骤对所提算法进行了详细阐述;最后进行了计算机仿真分析和实测数据验证。相关结果表明,在短时条件下,所提方法较传统时域对消方法和子空间类抑制方法具有较优的杂波抑制性能和工程应用价值。

高频地波雷达海杂波抑制的时频-矩阵联合法

高频地波雷达海面回波信号中含有很强的海杂波分量,造成虚警与漏警现象,严重影响了对船只目标的探测与管理。本文提出基于时频分析与矩阵分解相联合的海杂波抑制方法。该方法从时频域中检测出海杂波的时变频率范围,同时通过Hankel降秩得到各回波分量奇异值及瞬时频率估计;通过频率匹配及矩阵重构给出海杂波的时域分量,予以剔除。实测雷达数据处理结果表明,在保留目标时域回波与频谱特征的情况下,本方法成功实现了海杂波分量的分离与抑制,提高了对海面目标的探测性能。

降低船用连续波雷达虚警概率的海杂波抑制方法

为了解决海杂波引起的船用连续波雷达虚警概率增大,以及海杂波抑制算法工程应用难度大的问题,提出了一种工程实用的海杂波抑制方法。首先,通过双参数删除型CFAR检测算法和统计检测算法进行二次检测;然后,依据邻近帧之间目标回波相关性较强和片状海杂波相关性较弱的特点进行帧间处理。仿真和海上实验均表明,应用该方法的船用连续波雷达可以降低不同强度的海杂波背景下的虚警概率。

岸-舰双基地波超视距雷达图像域海杂波抑制方法

由于双基地体制工作且接收平台运动,岸-舰双基地波超视距雷达接收到的一阶海杂波多普勒谱展宽严重.在分析扩展海杂波空时特性的基础上,提出图像域抑制方法.该方法首先计算检测距离和单元以及左右相邻距离和单元的空时二维谱,将空时二维谱转换成二值图像,再在图像域用相邻距离和单元海杂波对消检测单元海杂波.计算机仿真结果表明,该方法可以有效抑制海杂波.

OTHR海杂波抑制典型方法综合性能评估

为在实际工程中实现海杂波抑制、发展新的OTHR海杂波抑制方法和提升短相干积累时间条件下OTHR舰船目标检测性能,建立了典型海杂波抑制方法统一模型及其与谱分析的关系,并对典型OTHR海杂波抑制方法进行了综合评估.主要从实现方式、输出信杂噪比(SCNR)、抑制与目标多普勒频率接近杂波能力、海杂波相关性要求、运算量与实现复杂度、应用限制等方面进行了比较与分析,为实际工程提供参考.

基于回声状态网络的OTHR海杂波抑制方法

在短相干积累时间(CIT)情况下,天波超视距雷达(OTHR)中低速目标检测很困难:低速目标靠近强大的海杂波频谱;短CIT导致多普勒分辨率低,使目标信号与海杂波更难区分。传统方法一般利用海杂波与目标信号的时频特征不同来抑制海杂波,目标速度较高时这些方法很有效,然而在短CIT、低速目标情况下目标与海杂波信号的时频特征的区分度很小,使得传统方法难以有效抑制海杂波。针对上述问题,考虑到海杂波与目标信号具有不同的动力学特征,提出一种基于回声状态网络的天波雷达海杂波抑制方法。该方法首先用海杂波参考信号训练回声状态网络,使该神经网络"记住"海杂波的混沌动态特征;然后用前述训练好的网络重构和预测天波雷达回波中的海杂波,雷达回波减去该重构的海杂波,实现海杂波的抑制。实测数据处理结果证明了与传统的循环对消法以及SVD方法相比,该方法具有更好的海杂波抑制性能。

双基地高频地波雷达海杂波抑制

由于地貌、双基角和洋流等因素的影响,双基地海杂波形成的目标检测盲区会导致杂波被当作目标来检测和跟踪,形成大量的虚假目标.针对这一问题,提出一种快速抑制杂波方法:利用双基地海杂波频率特征的先验知识,结合海面的平稳特性,在距离多普勒(RD)谱上获取海杂波抑制的频率范围;应用Clean算法,先对通道时域数据进行海杂波抑制,之后进行数字波束形成,得到能够正常进行目标检测的谱数据.实际处理结果表明,该方法快速有效,能够实时进行数据处理.

天波雷达电离层污染校正与海杂波抑制

在天波超视距雷达(OTHR)中,舰船目标的多普勒频率与海杂波谱接近,电离层污染会导致海杂波频谱展宽,从而淹没邻近的舰船目标信号。考虑到电离层污染会导致OTHR回波信号的相位缓慢变化,提出了采用相位梯度法对回波信号进行电离层污染校正;利用污染校正后的海杂波可以近似为两个单频信号之和这一特点,提出了应用奇异值分解来实现对海杂波的抑制。仿真结果表明,文中算法可以有效地校正电离层污染,抑制海杂波,显著提高信杂比,从而有效解决强海杂波对舰船目标的遮蔽问题。与现有的HRR-SVD算法相比,文中算法可以适用于相干积累时间较长和电离层污染较大的情况,防止残留的海杂波形成虚警,提高了OTHR对海杂波附近舰船目标的检测能力。

一种船用雷达的海杂波抑制算法

海杂波是经雷达发射信号照射后从海洋表面反向散射的回波,它的存在严重干扰了雷达对海面目标的检测和定位跟踪性能。现有的海杂波抑制方法中,在对海杂波进行抑制的同时,也会对近处目标信号幅度造成衰减,甚至导致漏检的发生。本文从图像处理角度,提出了一种海杂波的抑制算法,包括如下几个步骤:初始化参数和数据、参数估计、海杂波的抑制和估计样本更新。最后用实测雷达数据验证了该方法的有效性和可行性。

机载预警雷达海杂波的抑制方法

以机载预警雷达实测海杂波数据的统计特性为基础,系统分析了抑制海杂波的方法,涉及到波束内的信号检测方法和帧间积累方法两方面。信号检测方法针对海杂波中的Bragg散射和Whitecap散射分量,处理方法包括时域信号检测和频域信号检测。帧间积累方法主要针对海杂波分量中的Burst散射分量,采用的方法包括非相参的二进制积累、相参积累以及检测前跟踪。通过系统分析不同海杂波环境下各种方法的选择和使用条件,为机载预警雷达海杂波背景下的信号处理领域提供了重要的依据。

基于C^2算法海杂波抑制在低仰角跟踪时的应用

由于多径反射信号的干扰,雷达低仰角测量一直是一个难点。结合脉冲测量雷达技术特点,阐述了测量雷达常用的低仰角跟踪技术,通过分析多径误差机理,提出了利用C2算法、海杂波抑制处理技术,实现复杂背景环境条件下对低空目标的跟踪策略,给出了理论分析与验证成果。

一种新型岸基对海监视雷达海杂波抑制方法

论述的新型岸基对海监视雷达能够同时实现海面舰船目标的两维定位与空中目标的三维定位,具有较强的空海一体战能力。结合该雷达战技术特点,通过实测数据与仿真分析海杂波特性分布情况,设计合适的海杂波抑制方法实现对杂波背景中有用目标的有效检测。试验表明雷达时域杂波平滑、脉间捷变频、宽带信号检测以及非相参视频积累处理等杂波抑制措施具有较好的效果。

基于图特征学习的海杂波抑制算法

为有效降低海杂波对海洋雷达的工作影响,研究海杂波的抑制问题,提出一种基于图特征学习的海杂波抑制算法。使用时频变换对雷达回波信号进行维度扩增,基于图嵌入处理深度挖掘图结构特征的思想,并依据海杂波和目标回波信号在时频谱中的不同结构特性,给出一种通过图嵌入进行信号节点特征向量构造的方法。区别于传统时域对消和子空间分解等方法,该方法可以通过时频谱中不同信号的节点分类实现海杂波的抑制。仿真与实测结果表明,该算法可以有效抑制雷达回波信号中的海杂波分量,提升雷达回波信号的信杂比,为海洋雷达进行海杂波的抑制提供了新的思路和途径。

一种基于能量选择的改进TQWT海杂波抑制算法

针对雷达对海探测中海杂波抑制问题,研究了基于能量选择的改进可调Q小波变换（TQWT）海杂波抑制算法。根据目标和海杂波振荡属性差异,通过TQWT将回波信号分解到不同子带的小波系数中,并利用基追踪去噪（BPD）对小波系数稀疏优化后进行目标重构。为更好的重构目标信号,文中基于子带能量最优分布准则,提出了能量选择法,提取目标能量占优层级的小波系数进行重构,实现目标与海杂波的有效分离。论文分析了雷达观测时间对算法性能的影响,为该方法的工程应用提供指导。通过在CSIR公开数据集上进行实验,结果验证了该算法的性能,改善了输出信杂比。