基于变参数广义结构的距离扩展目标检测方法
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关键词 ：高分辨率雷达 ；距离扩展 目标 ；球不变 随机 向量 （ＳＩＲＶ）；Ｋ分布 ；散射点能量分布 中图分 类号 ：ＴＮ９５７．５１ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０００—１３２８（２０１８）０３—０３３２—０７ ＤｏＩ：１０．３８７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—１３２８．２０１８．０３．０１２
Ｇ ｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｒａｎｇｅ－Ｓｐｒｅａｄ Ｔａｒｇｅｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｍ ｅｔｈｏｄ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｐａｒａｍ ｅｔｅｒ
Ｗ ＡＮＧ Ｚｈｉ，ＪＩＡＮ Ｔａｏ，ＨＥ Ｙｏｕ （Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｆｕｓｉｏｎ，Ｎａｖａｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｔａｉ ２６４００１，Ｃｈｉｎａ）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｒａｄａｒ； Ｒａｎｇｅ—ｓｐｒｅａｄ ｔａｒｇｅｔ； Ｓｐｈｅｒｉｃａｌｌｙ ｉｎｖａｒｉａｎｔ ｒａｎｄｏｍ ｖｅｃｔｏｒ （ＳＩＲＶ ）； Ｋ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；Ｓｃａｔｔｅｒｉｎ源自文库 ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｔｒ ｉｂｕｔｉｏｎ
０ 引 言
ａｄａｐｔｓ ｔｏ ｔｈｅ ｃｌｕｔｔｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｂｙ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ ｅｍｐｉｒ ｉｃａｌ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ
ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ａｎｄ ｉｔ ｃｏｎｆｏｒｏ］ｓ ｔｏ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｐｅｒ ｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒ， ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｇｒａｄａｔｉｏｎ，ｅｘｈｉｂｉｔｓ ｂｅｔｔｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｈａｎ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ｉｎ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｌｕｔｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｇａｕｓｓｉａｎ ａｎｄ ｎｏｎ．Ｇａｕｓｓｉａｎ ｃｌｕｔｔｅｒ．
第 ３９卷 第 ３期 ２０１８年 ３月
宇 航 学 报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ
Ｖｏ１．３９ Ｎｏ ３ ． Ｍ ａｒｃｈ ２０１８
基 于变 参 数 广 义 结 构 的距 离 扩展 目标 检 测 方 法
王 智 ，简 涛 ，何 友
（海军航空大学信 息融合研究所 ，烟 台 ２６４００１）
随着 国家 海洋 战 略逐 步从 近 海 走 向远 洋 、从 区 域走 向全 球 ，迫切 需 要发 展 先 进 的海 洋信 息 获取 与 处理 技术 。天 基平 台及 其有 效载荷 是 获取地 球 上各 种信 息 的 一 种 有 效 手 段 ，在 军 事 和 民 用 中备 受 青 睐 … 。《国家 自然 科 学 基 金 “十 三 五 ”发 展 规 划》将 海洋 目标信息获取、融合与应用列为信息学部优先 发展 领域 ，并 发 布 了“天 空 基 海 洋 目标 探 测 与识 别
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｄｄｒｅｓｓｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｓｏｍｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｏｒ ｓｕｂｏｐｔｉｍｕｍ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ａｒｅ ｄｉｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ａｄａｐｔ ｔｏ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｌｕｔｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ｆｉｒｓｔｌｙ，ａ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｒａｎｇｅ—ｓｐｒｅａｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｖａｒｉａｂｌｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄ ｉｔ
摘 要 ：针对特定杂波背景下 的最优或 次优 检测器结 构难 以适应 过渡杂波 环境 的问题 ，首先 ，给 出基 于变参 数广义结构 的距离扩展 目标检测器 ，通过调整参数来适应杂波特性 。其次 ，确定检测器 最佳参数 的经验公式 ，经验 公式符合数值结果 。最后 ，利用仿真试验分析检测器 的检测 性能 。仿 真结果表 明 ，在 介于 高斯和 复合高斯 杂波之 间 的过渡环境 中，提出的检测器 比现有检测器具有更加优 异 的 目标检测 性能 ，对杂 波非高斯 程度 时空渐变 性具有 较 强 的适 应 能 力 。
随着 高 分辨 率 雷 达 的广 泛 应 用 ，距 离扩 展 目标 检测 问题 受 到 越来 越 多 的 关 注 Ｊ。针 对 高 斯 和 复 合 高斯杂 波背 景下 的距 离 扩 展 目标 检 测 问题 ，学 者 们提 出了许 多最优 或次 优 的 自适 应检 测器 。广 义 匹
收 稿 日期 ：２０１７—０６－２０； 修 回 日期 ：２０１７－１２—０６ 基金项 目：国 家 自然 科 学 基 金 （６１４７１３７９，６１７９０５５１，６１１０２１６６）；国防 科 技 项 目基 金 （２１０２０２８）；装 备 发 展 部 “十 三 五 ”预 研 项 目 （４１４１３０６０１０１）；泰 山学 者 工 程 专 项
第 ３期
王 智等 ：基 于变参 数广义结构的距离扩展 目标检测方法
３３３
配滤 波 器 （Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｍａｔｃｈｅｄ ｆ ｉｌｔｅｒ，ＧＭＦ） 是 高 斯 杂波 背景 下 的最 佳滤 波 器 。 在复 合 高 斯 背 景 下 ， 文 献 ［５］提 出 了 归 一 化 匹 配 滤 波 积 累 检 测 器 （Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｍａｔｃｈｅｄ ｆｉｌｔｅｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ，ＮＭＦＩ）。文 献 ［６］针对 天 基 雷达 对 海 监 视 和跟 踪 ，提 出 了 一 种 基 于波形 自适 应设 计 的 目标 检测 算 法 ，在 低 信 杂 比 的 杂波条件下可以有效检测 目标。文献 ［７］则 提出了 两种距 离 扩展 目标 检 测 器 ，有 效 解 决 了非 高 斯 杂 波 背 景 中检测 具有 稀疏 散射 点 的距离 扩展 目标 问题 。
基础研 究 ”重大 项 目指 南 。高 分 辨 率 雷达 作 为 天 空 基 目标 探测 的重 要 手 段 之一 ，因 其具 有 更 大 的带 宽 和更 高 的距 离分 辨率 ，在精 确探 测及 成像 、高 精度 跟 踪 、目标识 别等 方 面具有 明显 的优 势 ，获得 了广泛 的 重视 和应 用 。
Ｇ ｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｒａｎｇｅ－Ｓｐｒｅａｄ Ｔａｒｇｅｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｍ ｅｔｈｏｄ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｐａｒａｍ ｅｔｅｒ
Ｗ ＡＮＧ Ｚｈｉ，ＪＩＡＮ Ｔａｏ，ＨＥ Ｙｏｕ （Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｆｕｓｉｏｎ，Ｎａｖａｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｔａｉ ２６４００１，Ｃｈｉｎａ）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｒａｄａｒ； Ｒａｎｇｅ—ｓｐｒｅａｄ ｔａｒｇｅｔ； Ｓｐｈｅｒｉｃａｌｌｙ ｉｎｖａｒｉａｎｔ ｒａｎｄｏｍ ｖｅｃｔｏｒ （ＳＩＲＶ ）； Ｋ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；Ｓｃａｔｔｅｒｉｎ源自文库 ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｔｒ ｉｂｕｔｉｏｎ
０ 引 言
ａｄａｐｔｓ ｔｏ ｔｈｅ ｃｌｕｔｔｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｂｙ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ ｅｍｐｉｒ ｉｃａｌ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ
ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ａｎｄ ｉｔ ｃｏｎｆｏｒｏ］ｓ ｔｏ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｐｅｒ ｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒ， ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｇｒａｄａｔｉｏｎ，ｅｘｈｉｂｉｔｓ ｂｅｔｔｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｈａｎ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ｉｎ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｌｕｔｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｇａｕｓｓｉａｎ ａｎｄ ｎｏｎ．Ｇａｕｓｓｉａｎ ｃｌｕｔｔｅｒ．
第 ３９卷 第 ３期 ２０１８年 ３月
宇 航 学 报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ
Ｖｏ１．３９ Ｎｏ ３ ． Ｍ ａｒｃｈ ２０１８
基 于变 参 数 广 义 结 构 的距 离 扩展 目标 检 测 方 法
王 智 ，简 涛 ，何 友
（海军航空大学信 息融合研究所 ，烟 台 ２６４００１）
随着 国家 海洋 战 略逐 步从 近 海 走 向远 洋 、从 区 域走 向全 球 ，迫切 需 要发 展 先 进 的海 洋信 息 获取 与 处理 技术 。天 基平 台及 其有 效载荷 是 获取地 球 上各 种信 息 的 一 种 有 效 手 段 ，在 军 事 和 民 用 中备 受 青 睐 … 。《国家 自然 科 学 基 金 “十 三 五 ”发 展 规 划》将 海洋 目标信息获取、融合与应用列为信息学部优先 发展 领域 ，并 发 布 了“天 空 基 海 洋 目标 探 测 与识 别
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｄｄｒｅｓｓｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｓｏｍｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｏｒ ｓｕｂｏｐｔｉｍｕｍ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ａｒｅ ｄｉｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ａｄａｐｔ ｔｏ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｌｕｔｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ｆｉｒｓｔｌｙ，ａ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｒａｎｇｅ—ｓｐｒｅａｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｖａｒｉａｂｌｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄ ｉｔ
摘 要 ：针对特定杂波背景下 的最优或 次优 检测器结 构难 以适应 过渡杂波 环境 的问题 ，首先 ，给 出基 于变参 数广义结构 的距离扩展 目标检测器 ，通过调整参数来适应杂波特性 。其次 ，确定检测器 最佳参数 的经验公式 ，经验 公式符合数值结果 。最后 ，利用仿真试验分析检测器 的检测 性能 。仿 真结果表 明 ，在 介于 高斯和 复合高斯 杂波之 间 的过渡环境 中，提出的检测器 比现有检测器具有更加优 异 的 目标检测 性能 ，对杂 波非高斯 程度 时空渐变 性具有 较 强 的适 应 能 力 。
随着 高 分辨 率 雷 达 的广 泛 应 用 ，距 离扩 展 目标 检测 问题 受 到 越来 越 多 的 关 注 Ｊ。针 对 高 斯 和 复 合 高斯杂 波背 景下 的距 离 扩 展 目标 检 测 问题 ，学 者 们提 出了许 多最优 或次 优 的 自适 应检 测器 。广 义 匹
收 稿 日期 ：２０１７—０６－２０； 修 回 日期 ：２０１７－１２—０６ 基金项 目：国 家 自然 科 学 基 金 （６１４７１３７９，６１７９０５５１，６１１０２１６６）；国防 科 技 项 目基 金 （２１０２０２８）；装 备 发 展 部 “十 三 五 ”预 研 项 目 （４１４１３０６０１０１）；泰 山学 者 工 程 专 项
第 ３期
王 智等 ：基 于变参 数广义结构的距离扩展 目标检测方法
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配滤 波 器 （Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｍａｔｃｈｅｄ ｆ ｉｌｔｅｒ，ＧＭＦ） 是 高 斯 杂波 背景 下 的最 佳滤 波 器 。 在复 合 高 斯 背 景 下 ， 文 献 ［５］提 出 了 归 一 化 匹 配 滤 波 积 累 检 测 器 （Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｍａｔｃｈｅｄ ｆｉｌｔｅｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ，ＮＭＦＩ）。文 献 ［６］针对 天 基 雷达 对 海 监 视 和跟 踪 ，提 出 了 一 种 基 于波形 自适 应设 计 的 目标 检测 算 法 ，在 低 信 杂 比 的 杂波条件下可以有效检测 目标。文献 ［７］则 提出了 两种距 离 扩展 目标 检 测 器 ，有 效 解 决 了非 高 斯 杂 波 背 景 中检测 具有 稀疏 散射 点 的距离 扩展 目标 问题 。
基础研 究 ”重大 项 目指 南 。高 分 辨 率 雷达 作 为 天 空 基 目标 探测 的重 要 手 段 之一 ，因 其具 有 更 大 的带 宽 和更 高 的距 离分 辨率 ，在精 确探 测及 成像 、高 精度 跟 踪 、目标识 别等 方 面具有 明显 的优 势 ，获得 了广泛 的 重视 和应 用 。