[发明专利]一种基于毫米波测云雷达的自适应频域检测方法

说明书

本申请公开一种基于毫米波测云雷达的自适应频域检测方法，首先进行数据预处理和噪声功率自适应估计；其次依据检测噪声门限对功率谱进行逐频点检测，并对保护窗外的噪声点进行抑制；再次完成功率谱谱矩计算，并进行SNR估计和检测，得到检测后的逻辑矩阵；最后，对中值滤波后的检测结果进行评估，完成检测门限的自适应修正迭代。本申请所记载的技术方案减小了噪声对计算的影响，计算简便，实现简便，利于在实际工程中移植，可以应用于毫米波测云雷达等气象探测设备中。

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，特别涉及一种基于毫米波测云雷达的自适应频域检测方法。

背景技术

检测是指确认雷达测量值是否存在目标，即测量值仅为干扰，或者测量值为干扰与目标回波之和。检测的本质是对样本空间进行划分，完成气象目标检测是毫米波测云雷达的一项重要数据处理功能。检测时针对的样本数据信噪比越大，检测效果越明显。毫米波测云雷达整个信号处理过程中，能够提升信噪比的步骤包括相干积累、周期图法功率谱估计和非相干积累。因此非相干积累后的距离-多普勒数据是信号处理过程中信噪比最大的样本数据，本文阐述的检测方法主要针对该阶段数据进行处理。

检测中的关键步骤包括噪声电平功率估计和检测门限确定。其主要估计方法包括固定噪声功率法、远区距离库法、客观噪声电平法、最大速度区法以及分段噪声电平计算方法。固定噪声功率法在早期的天气雷达中通过设定一个固定值或谱峰下的某固定值(Battan,1964；Donaldson,1967；Sekhon et al,1971；Donaldson et al,1972),但由于雷达接收到的功率谱并不是固定不变的，在不同天气背景下差异较大，该方法效果并不理想，而且不同设备间噪声功率各不相同，因此该方法局限性较大。

风廓线雷达和天气雷达中常采用远距离库法，在垂直探测时认为雷达的远距离库没有气象信号，功率谱中仅仅包含噪声信号，因此，把远距离库的噪声平均值作为一根径向上所有的噪声电平(王莎等，2012)。毫米波雷达功率谱噪声在不同高度的其分布亦，即使在相同距离单元，不同时间或者温度湿度环境条件稍有变化噪声功率也有所差别。

1974年，Hildebrand和Sekhon基于高斯白噪声特点，提出了客观噪声电平计算法，该方法主要建立在两个假设上一是噪声幅度在频带范围内满足均匀分布，二是噪声幅度的概率分布满足高斯分布，因此该方法具有一定的局限性，而且计算复杂，计算量较大实时性差。

在风廓线雷达功率谱研究中，Monique提出一种分段的噪声电平计算方法，该方法多用于风廓线雷达的功率谱处理中，在毫米波雷达中应用需要配合后续质量控制，否则检测后杂波点过多。另外，刘黎平等在国产的行波管毫米波雷达中，将功率谱大速度大值区的功率作为噪声电平，提出了最大速度法，但该方法估计的噪声电平波动较大，影响了探测性能，在速度模糊的情况下容易产生误判。

有鉴于此，提出一种基于毫米波测云雷达的自适应频域检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于毫米波测云雷达的自适应频域检测方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案，包括：

S1.对数据进行预处理和噪声功率自适应估计；

S2.依据检测噪声门限对功率谱进行逐频点检测，并对保护窗外的噪声点进行抑制；

S3.再次完成功率谱谱矩计算进行SNR估计和检测，对得到检测后的逻辑矩阵中值滤波；

S4.对中值滤波后的检测结果进行评估，完成检测门限的自适应修正迭代。

进一步地，S1所述对数据进行预处理包括:

对功率谱数据进行转化，所述功率谱数据为对数值P_dB(f_k)，单位为dB，得到所测功率的线性值P(f_k)；