及最大化操作，得到I( r,d)(k):
[0063]
(11)
[0064] 迭代执行步骤四 K-3 次分别得到 I(r,d)(4)，I(r,d)(5)，~，I(r,d)(K)。
[0065] 实施例一：
[0066] 1、高斯杂波背景仿真
[0067]首先通过仿真分析高斯杂波背景下的TBD检测算法性能。为简化仿真过程，设杂波 背景为高斯白噪声，为了同时能够应用到极化信息，假设仿真目标极化角为88度，背景杂波 极化角即为实测数据中背景杂波极化角。非起伏的单目标匀速运动，每帧分别向x，y方向运 动一个单元，起始位置为(30，30)，其中扫描15帧，图1给出当信噪比为12dB时的航迹图。仿 真目标为舰船目标。
[0068]图1和图2分别是仿真高斯杂波背景下的航迹图和检测性能曲线。由图1可以看出， 传统TBD检测算法有三个点的跟踪误差，而基于极化信息的TBD改进算法能准确跟踪绝大多 数仿真目标，说明改进后算法的检测和跟踪性能较传统算法有所提高。
[0069]图2给出不同T B D检测策略的检测概率，检测门限V τ = 2 6.6，其中V τ由公式
给出，Pd是虚警概率，yk和〇k分别为噪声累加 κ帧的概率密度函数的均值 与方差。图中加权TBD是指在传统TBD基础上采用方向加权的方法，极化TBD指传统TBD基础 上引入极化信息（具体来说是极化角信息）后的改进算法，TBD新算法是指综合应用方向加 权、极化信息和预处理方法的检测算法。
[0070]从图2中可知，在高斯背景下，方向加权使TBD算法性能提高约ldB，极化信息的加 入使改进后的算法信噪比改善约2dB。而既有方向加权又利用极化信息的TBD新算法相对传 统算法性能明显改善。说明基于极化信息的TBD新算法在高斯背景中有着更优异的检测性 能。
[0071 ] 2、TBD检测新算法在高频地波雷达实测数据中的应用
[0072] 高频地波雷达实测数据相比高斯背景检测环境更为复杂，不仅有大量杂波存在， 检测时真实目标之间也有可能相互干扰。为了进一步验证基于极化信息的TBD检测算法在 高频地波雷达实测数据中的检测性能，在距离单元为194,多普勒单元为256的速度距离谱 中加入仿真目标进行检测。设仿真目标起始位置为（130，130)，选择该区域的主要原因是该 区域中杂波主要是电离层杂波，可以避免海杂波影响，同时该区域很少存在真实目标，因此 可以减小真实舰船目标对仿真目标的影响。为方便起见并不失一般性，假设仿真目标每帧 以一单元的速度分别向距离向和多普勒向运动，扫描10帧。图3分别给出在信噪比为20dB时 传统TBD算法和改进后TBD检测算法的航迹跟踪结果。
[0073] 从图3可以看出传统TBD算法虽然能够恢复大部分目标的航迹，但对部分点航迹恢 复结果与真实航迹存在偏差，而基于极化信息的TBD检测新方法可以准确地恢复航迹。 [0074]为了分析不同的改进措施对TBD算法性能提升程度，图4给出高频地波雷达实测数 据中加入仿真目标后分别使用传统TBD方法，方向加权TBD方法、极化加权TBD方法和综合利 用方向及极化信息进行优化的TBD新方法的检测性能曲线，由于高频地波雷达回波数据幅 值很小，因此经过计算得到的检测门限V T=0.054。
[0075]从图4不难看出，在高频雷达实测数据中传统TBD检测算法性能最差，利用方向加 权的优化算法可以获得大约ldB的性能改善，采用极化信息的TBD改进方法性能提高进一步 提高，而综合利用方向信息和极化信息的TBD新方法检测具有更优的效果。
[0076]为了验证TBD检测算法在高频地波雷达系统工程应用中的检测性能，下面在实测 数据中进行真实舰船目标的检测。图5为实测数据中进行真实舰船目标检测时剔除海杂波 和地物杂波后第一帧数据的速度距离谱。由于实测数据中的目标众多，为了便于分析，选择 速度距离谱中的两个典型区域进行验证：区域1(125-175距离单元，120-200速度单元)主要 验证强电离层杂波背景中的真实目标检测；区域2(25-60距离单元，50-170速度单元)验证 弱电离层杂波中的真实目标检测。
[0077]图6给出使用传统TBD算法检测和航迹恢复的结果。在图6中，（130,130)单元处的 是图3中的仿真目标航迹，其余为对实测数据中真实目标的检测航迹。由图6可以看出传统 TBD算法可以从高频地波雷达中检测出相应的舰船目标，并且检测结果较恒虚警方法检测 结果更加直观可靠，但是160距离单元附近的电离层杂波也被检测到并形成杂乱的航迹（已 确认该区域中没有真实目标）。这说明传统TBD方法虽然可行但是有一定局限性。
[0078]图7给出使用基于极化信息的TBD新方法的航迹检测结果。从图7看出，基于极化信 息的TBD检测新方法在同样的背景中检测时，160距离单元附近的电离层杂波已经被压制， 这是因为该区域电离层杂波极化角较小，通过极化加权使得该区域积累得到的值函数降低 而低于最终检测门限。此外，对比图6和图7可以发现，使用基于极化信息的TBD检测算法在 同条件下多检测出一条航迹，并且部分航迹更加明显，这说明改进算法相对于传统算法不 仅发现概率有所提高，而且航迹跟踪效果有所改善。
【主权项】
1. 一种基于极化信息的高频地波雷达TBD方法，其特征在于，所述基于极化信息的高频 地波雷达TBD方法包括W下步骤： 步骤一:对每一帖回波数据中海杂波进行剔除，得到可W处理的距离速度谱数据，所述 距离速度谱数据包括K帖数据，10含K < 30; 步骤二：对步骤一中得到的第一帖数据进行恒虚警预检测处理，得到I(r,d)(l)和化， I(r,d)(l)为第一帖中超过Vdar的数据单元的阶段值函数，所述化为目标在第二帖数据的状 态转移区域，r为距离单元坐标，d为多普勒单元坐标;Vcfar为恒虚警口限，阶段值函数指的 是数据单元的幅值； 步骤根据步骤二得到I(r,d)(2)和化，I(r,d)(2)为第二帖中超过恒虚警口限的数据单 元的阶段值函数，化为目标在第=帖数据的状态转移区域； 步骤四：根据步骤；得到I(r,d)(3)和化，I(r,d)(3)为第立帖中超过恒虚警口限的数据单 元的阶段值函数，U3为目标在第四帖数据的状态转移区域； 步骤五:迭代执行步骤四K-3次直至得到I(r,d)化），若I(r,d)化)超过检测口限，则判定该 (r，d)数据单元中存在目标，再根据I(r,d)化）中记录的数据单元坐标信息进行回溯，可得到 目标的航迹，所述检测口限为人为设定的，I(r,d)化)为第K帖中超过恒虚警口限的数据单元 的阶段值函数。2. 根据权利要求1所述的一种基于极化信息的高频地波雷达TBD方法，其特征在于所述 步骤二中得到I (r, d) ( 1 )和化的具体过程为： 当k=l时对第一帖数据的所有数据单元进行恒虚警预检测处理，将超过恒虚警口限的 数据单元的阶段值函数记录为I(r,d)(l)，即： I(r,d)(l) = Z(r,d)(l) {当Z(r,d)(l)〉Vcfar} (1) 其中所述Z(r,d)为速度距离谱中第r个距离单元和第d个多普勒单元的幅值，Vcfar是恒虚 警检测口限；巧> 其中所述U为第k帖数据在第k+1帖数据中的参考空间，1 < k < K;Zk为第k帖数据目标状 态，rk为第k帖数据距离单元坐标，dk为第k帖数据多普勒单元坐标； 当k=l时根据公式(2)得到化。3. 根据权利要求2所述的一种基于极化信息的高频地波雷达TBD方法，其特征在于所述 步骤S中得到I(r,d)(2)和化的具体过程为： 当k = 2时对第二帖数据目标状态转移区域化范围内的所有数据单元进行恒虚警预检测 处理，若所有数据没有超过恒虚警口限，则丢掉Ib,"(l)，否则进行累加计算得到Ib,dK2); 巧 当k = 2时根据公式(2)得到化。4. 根据权利要求3所述的一种基于极化信息的高频地波雷达TBD方法，其特征在于所述 步骤四中得到I(r,"(3)和化的具体过程为： 当k = 3时对第=帖数据目标状态转移区域化范围内的所有数据单元进行恒虚警预检测 处理，若所有数据没有超过恒虚警口限，则丢掉I(r,d)(2)否则进行W下处理： (1) 对于超过恒虚警口限的数据单元，先在对应的极化角谱里计算其极化角Pt,再估计 周围参考单元的极化角Pc;利用得到的Pt和Pc对Z(r,d)(3)进行极化加权得到Z，(r,d)(3);(4) (2) 计算方向加权值：(5) m 其中所述Xl表示第一帖数据中目标位置，X2表示第二帖数据中目标位置，X3表示第=帖 数据中目标位置，目3表示X3偏离直线X1X2的角度，0(03)是对应不同偏离角度03时的方向加 权值； (3) 利用方向加权值《(03)对Z'(r,d)(3)进行加权W及最大化操作，得到I(r,d)(3): ^,,.,',。)-/化,/,(2) + 111严仿的片(,一)(3)) (7) 当k = 3时根据公式(2)得到化。5.根据权利要求4所述的一种基于极化信息的高频地波雷达TBD方法，其特征在于所述 步骤五中得到I(r,d)化)的具体过程为： 当k大于3，对第k帖数据目标状态转移区域化-1范围内的所有数据单元进行恒虚警预检 测处理，若所有数据没有超过恒虚警口限，则丢掉I(r,d)化-1)否则进行W下处理： (1) 对于超过恒虚警口限的数据单元，先在对应的极化角谱里计算其极化角Pt,再估计 周围参考单元的极化角Pc;利用得到的Pt和Pc对Z(r,d)化)进行极化加权得到(r,d)化）；(8：：) (2) 计算方向加权值：(9) Cl-於 其中，Xk-康示第k-2帖数据中目标位置，Xk-康示第k-1帖数据中目标位置，X读示第k帖 数据中目标位置，目k表不Xk偏离直线Xk-lXk-2的角度，W (目k)是对应不同偏离角度目k时的方向 加权值； (3) 利用方向加权值CO (0k)对(r,d)化)进行加权，W及最大化操作，得到IhdKk): 馬.引("=A,(点-1) + max(似(6; (点)） (11) 迭代执行步骤四K-3次分别得到I(r,d)(4)，I(r,d)(5) ,-Ij(MKK)D
【专利摘要】一种基于极化信息的高频地波雷达TBD方法，本发明涉及基于极化信息的高频地波雷达TBD方法。本实发明是为了解决目前采用的TBD方法在高频地波雷达中的检测和跟踪性能较低的问题。具体是按照以下步骤进行的：步骤一：对每一帧回波数据中海杂波进行剔除，得到可以处理的距离速度谱数据；步骤二：对步骤一中得到的第一帧数据进行恒虚警预检测处理，得到I(r,d)(1)和U1；步骤三：根据步骤二得到I(r,d)(2)和U2；步骤四：根据步骤三得到I(r,d)(3)和U3；步骤五：迭代执行步骤四K-3次直至得到I(r,d)(K)，根据I(r,d)(K)可得到目标的航迹。本发明应用于高频地波雷达目标检测跟踪领域。
【IPC分类】G01S7/41, G01S7/02
【公开号】CN105652256
【申请号】
【发明人】李发宗, 常维国, 王鹤, 毛兴鹏
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月28日