【深度】基于RSMH的高频雷达跨一阶峰目标检测（上）

Original 学术plus 学术plus 2022-07-29

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今日荐文

今日荐文的作者为中国电子科学研究院专家史劼，航天系统部信息网络管理中心张胜磊等。本篇节选自论文《基于RSMH的高频雷达跨一阶峰目标检测》，发表于《中国电子科学研究院学报》第12卷第1期。本文较长，此为上篇。

摘要：论文结合时频分析和图像处理技术提出了一种新的变换——RSMH(RS-method Hough)，并基于此变换提出了一种高频雷达跨一阶峰目标检测算法。本算法先对重排后的回波时频图像二值化和边缘检测，应用行扫描检测法剔除剩余杂波，然后采用零均值逼近法对该回波的RSMH进行预处理，最后在Hough域利用聚类算法提取各聚类中心并进行门限检测。实测海杂波数据的处理结果验证了该方法的正确性和有效性。

关键词: 高频雷达；时频分析；跨一阶峰目标；RS-method-Hough变换；行扫描检测；聚类分析

引言

高频雷达经过40多年的发展，不仅能用来反演海洋表面动力学参数，还能超视距探测高速飞行目标和海上舰船目标。相对于空中目标，虽然舰船目标雷达散射截面积较大，但运动速度较慢，其多普勒频率通常在海杂波一阶Bragg峰附近。舰船目标在一个相干积累时间(CIT)内可视为匀速运动，但这并不意味目标是径向匀速的。由目标径向速度变化产生的“机动效应”使目标多普勒频率与一阶峰区域时常交叠且展宽，这和目标落入“速度盲区”类似，无法在多普勒域直接检测目标，这类目标称之为跨一阶峰目标。而复杂运动目标回波在一段短的时间里，可用线性调频(LFM)信号作为其一阶近似，即匀加速运动。因此，跨一阶峰目标的检测关键在于提取出强海杂波、干扰和噪声中目标对应的LFM信号，实为强海杂波和复杂外部环境下的非平稳弱信号处理。

针对机动目标未与一阶峰发生交叠的情况，国内外学者提出的算法主要有：

1)多通道补偿方法，目标回波信号建模为LFM信号，依次进行调频斜率补偿、相干积累和检测，但该法仅能获取粗略的加速度信息而不能得到目标速度的实时变化信息，且会对一阶峰产生调制作用，形成新的干扰。

2)多项式相位法，将机动目标信号的相位用多项式建模，进而基于高阶模糊函数求取多项式的各阶系数并反演出各阶加速度，但此方法需对多个信号的加速度依次遍历搜索、剔除，存在较严重的误差积累效应。

3)时频分析方法，其处理非平稳信号的优势使之成为机动目标检测的首选方法，例如：文献[6]基于时频图像、Wigner-Radon变换和逐次分离原理提出的检测算法, 文献[7]基于机动目标时频图像提出的速度时变脊线提取算法，文献[8]基于信号时频特征分解提出的检测算法。

上述三种方法在目标远离一阶峰时通常有效，但出现跨一阶峰目标时，不能分离交叠的一阶峰和目标信号，尤其在面临多目标问题时，必须提供目标个数先验信息才能确定算法分离目标的次数，这在实际探测中是不现实的。

文献[8-9]提出的S-method(SM)时频分布在抑制交叉项干扰方面有较好的效果，理想LFM信号的SM分布近似一条直线，而Hough变换是图像处理中检测直线的简单易行方法，在摄影测量和遥感图像处理中已得到广泛的应用。论文结合SM分布和Hough变换的优势，首先通过时频重排来提高SM时频分辨率，然后提出了一种新的变换——RS-method-Hough变换，并基于该变换提出了一种高频雷达跨一阶峰目标检测算法，使时频面上LFM信号的检测转换为Hough域峰值点的识别，最后验证了该算法在实测数据中的正确性和有效性。

1 RS-method-Hough变换

2 基于RSMH的高频雷达跨一阶峰目标检测