[发明专利]一种基于多帧空间谱联合处理的目标自动检测方法及系统

权利要求书

1.一种基于多帧空间谱联合处理的目标自动检测方法，所述方法包括：

采用复域压缩感知方法对拖线阵接收数据进行空间谱合成，得到每帧数据对应的空间谱；

对多帧空间谱进行联合处理，通过目标方位轨迹能量的增强以提升检测阈，得到满足低信噪比下检测目标所需的检测阈；

对空间谱累积结果进行检测阈判决处理，实现对目标的自动检测；

所述方法具体包括：

步骤1)对阵列第l帧数据进行复解析变换，在复域构造各阵元信号复解析数据，其中，第m个阵元的复解析数据为：

其中，1≤l≤L，L表示阵列总帧数，x_m(t),分别为实部和虚部数据，t表示时域，j为虚部符号；

步骤2)在第n个扫描角度θ_n上，对第m个阵元的复解析数据按进行时延补偿，得到经时延补偿后的第m个阵元的复解析数据为：

其中，d为阵元间距，c为声速，n＝1,2,…N，N为扫描角度个数，m＝1,2,…M，M为阵元个数；

步骤3)在复域构建经时延补偿后的协方差矩阵对主对角线元素置零，得到置零后的协方差矩阵

步骤4)按压缩感知方式构建观测序列I＝[1,1,…,1]，构建复域感知矩阵其中，复域感知矩阵的第n个元素A(θ_n)为：

其中，[·]^T为矩阵转置；

步骤5)通过求解以下凸优化问题得到空间信号稀疏系数S(θ)：

步骤6)对空间信号稀疏系数S(θ)进行处理，得到阵列第l帧数据对应空间谱P_l(θ)为：

P_l(θ)＝|S(θ)|²；

步骤7)当l＜L，l+1，转至步骤1)，当l＝L，转至步骤8)；

步骤8)令关联处理后空间谱P(θ)＝0，P(θ)＝[P(θ₁),P(θ₂),…,P(θ_N-1),P(θ_N)]，设置目标方位变化范围为Δθ，l从1开始，直到l＝L-1，分别读入第l帧和第l+1帧数据对应空间谱P_l(θ)和P_l+1(θ)，并进行如下关联处理：

将P(θ_n)+max(P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n-Δθ),P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n-Δθ+1),…,P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n+Δθ-1),P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n+Δθ))赋值给新的P(θ_n)，θ_n∈θ,n＝1,2,…,N，max(·)为最大值求取函数；n＝1,2,…,N，这样得到：

P_l(θ)＝[P_l(θ₁),P_l(θ₂),…,P_l(θ_N-1),P_l(θ_N)]，

P_l+1(θ)＝[P_l+1(θ₁),P_l+1(θ₂),…,P_l+1(θ_N-1),P_l+1(θ_N)]；

步骤9)l从1到L，由P_l(θ)得到L帧空间谱关联处理后数据P(θ)；

步骤10)根据L帧空间谱关联处理后数据P(θ)得到检测指数提取d_T为：

其中，P_max为空间谱最大值，θ₀为空间谱最大值对应的方位，Δθ₀为波束宽度，E[·]为均值求取函数，σ[·]为标准差求取函数；

步骤11)根据检测指数提取d_T得到相应检测阈DT为：

DT＝20lg(d_T)

当DT≥6dB时，即可判定θ₀方位即为目标方位，从而实现对目标自动检测。

2.一种基于多帧空间谱联合处理的目标自动检测系统，其特征在于，所述系统包括：空间谱合成模块、空间谱联合处理模块和目标自动检测模块；其中，

所述空间谱合成模块，用于采用复域压缩感知方法对拖线阵接收数据进行空间谱合成，得到每帧数据对应的空间谱；

所述空间谱联合处理模块，用于对多帧空间谱进行联合处理，通过目标方位轨迹能量的增强以提升检测阈，得到满足低信噪比下检测目标所需的检测阈；

所述目标自动检测模块，用于对空间谱累积结果进行检测阈判决处理，实现对目标的自动检测；

所述空间谱合成模块的具体处理过程包括：

对阵列第l帧数据进行复解析变换，在复域构造各阵元信号复解析数据，其中，第m个阵元的复解析数据为：

其中，1≤l≤L，L表示阵列总帧数，x_m(t),分别为实部和虚部数据，t表示时域，j为虚部符号；

在第n个扫描角度θ_n上，对第m个阵元的复解析数据按进行时延补偿，得到经时延补偿后的第m个阵元的复解析数据为：

其中，d为阵元间距，c为声速，n＝1,2,…N，N为扫描角度个数，m＝1,2,…M，M为阵元个数；

在复域构建经时延补偿后的协方差矩阵对主对角线元素置零，得到置零后的协方差矩阵

按压缩感知方式构建观测序列I＝[1,1,…,1]，构建复域感知矩阵其中，复域感知矩阵的第n个元素A(θ_n)为：

其中，[·]^T为矩阵转置；

通过求解以下凸优化问题得到空间信号稀疏系数S(θ)：

对空间信号稀疏系数S(θ)进行处理，得到阵列第l帧数据对应空间谱P_l(θ)为：

P_l(θ)＝|S(θ)|²；

l从1到L，从而得到每帧数据对应的空间谱；

所述空间谱联合处理模块的具体处理过程包括：

令关联处理后空间谱P(θ)＝0，P(θ)＝[P(θ₁),P(θ₂),…,P(θ_N-1),P(θ_N)]，设置目标方位变化范围为Δθ，l从1开始，直到l＝L-1，分别读入第l帧和第l+1帧数据对应空间谱P_l(θ)和P_l+1(θ)，并进行如下关联处理：

将P(θ_n)+max(P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n-Δθ),P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n-Δθ+1),…,P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n+Δθ-1),P_l+1(θ_n)+P_l(θ_n+Δθ))赋值给新的P(θ_n)，θ_n∈θ,n＝1,2,…,N，max(·)为最大值求取函数；n＝1,2,…,N，这样得到：

P_l(θ)＝[P_l(θ₁),P_l(θ₂),…,P_l(θ_N-1),P_l(θ_N)]，

P_l+1(θ)＝[P_l+1(θ₁),P_l+1(θ₂),…,P_l+1(θ_N-1),P_l+1(θ_N)]；

l从1到L，由P_l(θ)得到L帧空间谱关联处理后数据P(θ)；

根据L帧空间谱关联处理后数据P(θ)得到检测指数提取d_T为：

其中，P_max为空间谱最大值，θ₀为空间谱最大值对应的方位，Δθ₀为波束宽度，E[·]为均值求取函数，σ[·]为标准差求取函数；

所述目标自动检测模块的具体处理过程包括：

根据检测指数提取d_T得到相应检测阈DT为：

DT＝20lg(d_T)

当DT≥6dB时，即可判定θ₀方位即为目标方位，从而实现对目标自动检测。