[发明专利]超高频雷达强杂区船舶目标检测的改进CA-CFAR方法及系统

说明书

本发明提供一种超高频雷达强杂区船舶目标检测的改进CA‑CFAR方法及系统，利用UHF雷达连续工作获取R‑D图数据，且依据船舶穿越雷达探测区时强杂区的杂波特性在短时间内比较稳定的特性，采用将空间参考变成时间参考的方式，将雷达连续检测获得的R‑D图顺序存储，对于任一张待检测R‑D图，通过参考待检测R‑D图邻近时间收集的R‑D图获得杂波估计。本发明能够解决传统CA‑CFAR方法应用于UHF雷达R‑D图强杂波区中扩展区域船舶目标检测易出错、效果差的问题，改进传统的CA‑CFAR方法在同帧R‑D图上待检区周围划定参考单元的做法，避免了船舶目标在R‑D图上扩展造成固定检测窗不利于检测不同扩展范围目标的难题，从而能更加准确获取杂波估计值，提高了目标检测的正确性和参数估计的准确性。

技术领域

本发明属于雷达船舶目标检测领域，改进了传统的对雷达目标进行检测的CA-CFAR方案，以适用于超高频雷达强杂区情况。

背景技术

在雷达技术中目标检测是一个关键性问题。目前，最常用的检测方法是恒虚警率(constant false alarm rate,CFAR)检测法,目的就是估计杂波幅度以区别目标和杂波。最常见的估计方法有两大类，一类是对检测单元在空间上邻近的参考单元采样来估计杂波叫空域CFAR方法，具有代表性的是单元平均(cell-averaging,CA)和有序统计(orderstatistics,OS)。另一类是通过以往多次扫描检测单元来估计杂波叫时域CFAR方法，也称杂波图法。该方法将多次扫描的距离-角度单元背景的平均水平存储在计算机中，当新的采样值超过平均背景某一水平，则判定该目标存在。这些方法一般适用于检测点状目标。

超高频(Ultra-high frequency,UHF)雷达已被用来监测河流和湖泊的状态。同时，它还可以检测和跟踪在水面上的运动船舶目标。超高频雷达具有较大的带宽，因此可以获得较高的距离分辨率。一般来说，在河上行驶的船只的长度从几米到近百米不等。UHF雷达的距离分辨率可能会小于船舶目标的尺寸大小，在距离-多普勒(range-Doppler,R-D)图像中，目标的回波会扩展至多个雷达距离分辨率单元。同时，考虑到如果船舶目标距离河岸线上安装的雷达站不远，船舶不同部位的径向速度也不相同，将使得目标在R-D图像中跨越一系列多普勒单元。在R-D图像中，由于运动的船舶目标在距离和多普勒维上都可以扩展到多个单元，因此目标在R-D图像中显示为区域目标而不是点目标，并且不同目标扩展的区域大小不同。与点目标相比，区域目标可以通过R-D图像中在一段时间内目标的速度或距离发生显著变化时的覆盖范围的改变来描述船只目标的运动情况。为了得到正确的区域目标参数估计，需要对同一目标检测到尽可能多的单元。

对于超高频雷达，河流杂波在R-D图像中径向速度较低的区域会形成较强的杂波干扰区，其成因与海杂波相同。在没有流的情况下，Bragg(布拉格)散射在R-D图的多普勒(径向速度)维上产生两个峰值，分别位于零径向速度两侧且位置对称。然而，河流一直在流动，流速使得Bragg峰从原来的位置发生移动。此外，在不同方向上，流相对雷达站的径向速度是不同的，这将使得Bragg峰在多普勒维上扩散。最终，在R-D图多普勒维上Bragg峰不仅产生位移，而且明显扩散，形成一片杂波干扰区域，对目标检测产生不利影响。

在雷达的R-D图上，检测目标通常采用传统的空域CFAR方法，然而对于UHF雷达强杂区的船舶目标，用传统的空域CFAR方法检测会遇到很大的问题，检测效果不理想。船舶扩展成区域目标，且扩展的范围各不相同，因此无法确定一个固定的检测窗口进行目标检测。尤其对于强杂区，杂波的存在对目标检测的干扰很大。选用较小的检测窗，当遇到扩展范围较大的船舶目标时，容易把目标单元误认为是杂波区，从而使杂波估计过高，使待检目标单元检测不出来，产生漏检；选用较大的检测窗，当遇到扩展范围小一点的船舶目标时，容易把杂波单元当成目标单元，从而产生虚警，况且，检测窗过大可能导致不同目标相互干扰，影响检测效果。因此，对传统的空域CFAR方法来说，无法获得合适的检测窗。无论是CA-CFAR(单元平均恒虚警率)还是OS-CFAR(有序统计恒虚警率)方法，对扩展船舶目标的检测都存在很大的问题，检测效果均不理想。