一种雷达海上目标检测系统及方法

摘要

一种雷达海上目标检测系统，包括雷达、数据库以及上位机；雷达、数据库和上位机依次相连，所述雷达对所检测海域进行照射，并将雷达海杂波数据储存到所述的数据库，所述的上位机包括数据预处理模块、最小二乘预测模型建模模块、目标检测模块、模型更新模块以及结果显示模块。以及提出了一种雷达海上目标检测方法。本发明提供一种响应速度快、在线检测效率高的雷达海上目标检测系统及方法。

主权项

1.一种雷达海上目标检测系统，包括雷达、数据库以及上位机，雷达、数据库和上位机依次相连，其特征在于：所述雷达对所检测海域进行照射，并将雷达海杂波数据储存到所述的数据库，所述的上位机包括：所述的数据预处理模块，用以进行雷达海杂波数据预处理，采用如下过程完成：1)从数据库中采集N个雷达海杂波回波信号幅值x_i作为训练样本，i＝1，...，N；2)对训练样本进行归一化处理，得到归一化幅值${\bar{x}}_i=\frac{x_i-\min x}{\max x-\min x}$其中，minx表示训练样本中的最小值，maxx表示训练样本中的最大值；3)将归一化后的训练样本重构，分别得到输入矩阵X和对应的输出矩阵Y：$X=\left[\begin{array}{cccc}{\bar{x}}_1& {\bar{x}}_2& L& {\bar{x}}_D\\ {\bar{x}}_2& {\bar{x}}_3& L& {\bar{x}}_{D+1}\\ M& M& O& M\\ {\bar{x}}_{N-D}& {\bar{x}}_{N-D+1}& L& {\bar{x}}_{N-1}\end{array}\right]$$Y=\left[\begin{array}{c}{\bar{x}}_{D+1}\\ {\bar{x}}_{D+2}\\ M\\ {\bar{x}}_N\end{array}\right]$其中，D表示重构维数，D为自然数，且D＜N，D的取值范围为50-70；最小二乘预报模型建模模块，用以建立预报模型，采用如下过程完成：将得到的X、Y代入如下线性方程：$\left[\begin{array}{cc}0& 1_v^T\\ 1_v& K+{\gamma }^{-1}I\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}b\\ \alpha \end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ Y\end{array}\right]$求解得到待估计函数f(x)：$f\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}{{\alpha }_i}^{*}\exp (-||x-x_i||/{\theta }^2)+b^{*}$其中，M是支持向量的数目，1_v＝[1，...，1]^T，K＝exp(-‖x_i-x_j‖/θ²)，I为单位阵，上标-1表示矩阵的逆，上标T表示矩阵的转置，是拉格朗日乘子，b^*是偏置量，i＝1，…，M，j＝1，…，M，和exp(-‖x-x_i‖/θ²)均为支持向量机的核函数，x_j为第j个雷达海杂波回波信号幅值，θ是核参数，x表示输入变量，γ是惩罚系数；目标检测模块，用以进行目标检测，采用如下过程完成：1)在采样时刻t采集D个海杂波回波信号幅值得到TX＝[x_t-D+1，K，x_t]，x_t-D+1表示第t-D+1采样时刻的海杂波回波信号幅值，x_t表示第t采样时刻的海杂波回波信号幅值；2)进行归一化处理；$\overline{\mathrm{TX}}=\frac{\mathrm{TX}-\min x}{\max x-\min x}$3)代入最小二乘预报模型建模模块得到的待估计函数f(x)得到采样时刻(t+1)的海杂波预报值；4)计算海杂波预报值与雷达回波实测值的差值e，计算控制限Q_α：$Q_{\alpha }={\theta }_1{[\frac{C_{\alpha }{h}_0\sqrt{2{\theta }_2}}{{\theta }_1}+1+\frac{{\theta }_2{h}_0(h_0-1)}{{\theta }_2}]}^{\frac{1}{h_0}}$${\theta }_i=\underset{j=k+1}{\overset{N}{\Sigma }}{\lambda }_j^i,i=\mathrm{1,2,3}$$h_0=1-\frac{2{\theta }_1{\theta }_3}{3{\theta }_2^2}$其中，α是置信度，θ₁，θ₂，θ₃，h₀是中间变量，表示协方差矩阵的第j个特征值的i次方，k是样本维数，C_α是正态分布置信度为α的统计；5)进行检测判断：当e²差值大于控制限Q_α时，该点存在目标，否则没有目标。