海杂波中基于可控虚警K近邻的海面小目标检测

由于高分辨海杂波具有复杂的特性以及海面小目标具有多样性,没有精确的简单统计模型可以较好地描述海杂波和目标回波时间序列,这导致目标检测遇到了很多阻碍。为了区分海杂波和目标回波,分别提取它们的特征将检测问题转化为特征空间中的分类问题是一种有效的方法。基于特征的检测可以归结为在特征空间中的一种2元假设检验问题,但是其有两个问题需要解决:一是目标回波数据远少于杂波数据;二是虚警概率不可控。为了解决第1个问题,一种典型小目标的仿真回波产生器被用于产生充足的典型目标回波数据,以辅佐后续检测器的设计。K近邻(K-NN)是一种简单有效的分类方法,但是因为无法精确地控制虚警率而不能直接在目标检测中使用。该文提出一种基于改进K-NN的海面小目标检测方法,可以很好地实现可控虚警。经IPIX雷达数据集验证,所提出的方法在观测时间分别为0.512 s和1.024 s时获得了85.1%和89.2%的检测概率,相比现有的检测器获得了7%和5%的提升,具有良好的检测效果和稳定性。      

Gamma分布在海面目标检测中的应用

本文通过对大量实测数据的处理与定量分析,证明Gamma分布可用于X波段雷达海杂波幅度分布的建模,并介绍了两种适用于Gamma分布杂波背景的恒虚警(CFAR)检测器:基于最大似然估计的MLG-CFAR和基于加权幅度循环迭代的WAI-CFAR.理论分析证明,MLG-CFAR检测器对Gamma分布的杂波平均功率估计值是渐进有...     

基于SAE⁃GA⁃XGBoost算法的海面小目标检测

针对海杂波背景下海面小目标检测精度低的问题,本文提出一种基于SAE?GA?XGBoost算法的海面小目标检测方法。使用堆栈自编码器对待检测信号自适应提取深层次特征,将时域、频域分别提取的特征组合为高维特征,增强特征的差异性。引入遗传算法对XGBoost中超参数进行寻优并更新,利用超参数更新后的模型对高维特征进行评估分类。利用IPIX数据集进行实验验证,结果表明：与多组分类检测方法相比,所提检测方法对于高海况数据具有更好的检测效果,HH极化下#17与#280数据的检测率分别达到了80.02%与82.73%。     

基于正交投影的海面小目标检测技术

强烈的海杂波将海面低速运动小目标的回波信号淹没,导致雷达难以检测到目标。针对这一问题,该文提出了基于正交投影的恒虚警率(CFAR)检测方法。该方法利用邻近距离单元杂波的相关性,通过正交投影方法实现对杂波的抑制,进而实现CFAR检测。同时,该文给出了基于正交投影的CFAR检测器实现结构图,对比分析了正交投影方法与奇异值分解方法的杂波抑制效果和计算量。理论分析与实测数据处理结果验证了该文所提方法的优越性。     

基于标签传播算法的海面漂浮小目标检测方法

在高分辨体制下海杂波与海面小目标具有复杂的特性,特别是对于雷达散射截面积较小的海面漂浮目标,传统的检测方法性能不佳。为了突破临界信杂比情况下的检测性能,可以提取雷达回波的一种或者多种特征,从而进行特征检测,该方法是实现临界信杂比情况下有效检测的重要途经。目前,在3维及以下的特征空间中可以使用凸包学习算法计算判决区域并有效地控制虚警概率,但是在3维以上的特征空间中凸包学习算法计算复杂度提高,难以进行检测。针对这个问题,该文提出一种基于标签传播算法的海面小目标检测方法,它突破了凸包学习算法的维数限制和决策域必须为凸集的形状限制,能够在高维特征空间进行检测并有效地控制虚警。经过实测数据集验证,基于标签传播算法的海面小目标检测方法在0.512 s和1.024 s的观测时间内分别获得了88.4%和92.0%的检测概率,相比于基于K近邻(KNN)的检测器有了3.3%和2.8%的检测概率提升。     

基于杂波白化处理的海面低速弱目标检测

为了检测平稳海杂波中的低速弱目标，本文引入杂波白化处理模块取代雷达常用的MTI滤波器和多普勒滤波器组。理论分析与基于真实和海杂波数据的仿真试验结果均表明本文方法对海面低速弱目标的检测具有独特的效果。     

基于频域多通道图特征感知的海面小目标检测

海洋物理环境和电磁环境日趋复杂,海杂波背景下的微弱慢速小目标检测始终是一个研究难点和重点。海面小目标的雷达散射截面积小、回波能量低,传统基于能量的检测方法存在性能瓶颈。基于特征的检测方法聚焦于提取纯杂波和目标回波的差异性特征来实现目标检测,且有效提升了检测性能。该文利用回波数据间频域中幅度的关联性,将图论的方法引入到特征检测中。首先将实测数据进行块白化处理,对海杂波进行一定的抑制,然后在频域提取各多普勒通道下的数据,借助图的处理方法,构建所提取数据的距离邻接矩阵,再转换为拉普拉斯矩阵。该方法计算不同时间序列下拉普拉斯矩阵的最大特征值,并将其与刻画频域能量信息的相对多普勒峰高进行融合,得到新的检验统计量来区分纯杂波和含有目标的回波。通过全相参的X波段(IPIX)实测数据验证,该文所提方法的检测性能更为优越。     

基于圈间时频特性的海面小目标检测技术北大核心CSCD

针对海面慢速微弱目标的回波能量较低,且在时域或频域上与海杂波难以区分的难题,文中提出一种基于圈间时频特性的海面小目标检测技术,对低门限检测结果单元进行平滑伪Wigner-Ville分布(SPWVD)变换,并计算下一圈当前单元在搜索窗口上的检测单元SPWVD相似度,只有满足门限才判定为真实目标。实测数据表明,该算法可以有效检测海面微弱目标。     

基于三维凹包学习算法的海面小目标检测方法

对于特征类的海面小目标检测方法,现有3特征检测器通常采用凸包分类算法完成检测。在实际应用时发现,该分类算法生成的判决区域在某些情况下不能很好地反映海杂波样本集合在特征空间中的分布情况,进而对检测器性能造成一定程度的损失。相比之下,使用凹包算法生成的判决区域是由凸包内剖得到的,它能更加贴合海杂波样本的分布,因此该文将判决区域的形式由凸包转化为凹包,并在此基础之上提出一种基于3维凹包学习算法的海面小目标检测方法。同时,针对现有3维凹包算法存在的内剖效率低、无法实现恒虚警检测的缺点,该文通过优化内剖点选择方法、增加“外补”环节的方式对算法进行改进。最后,经实测CSIR数据及X波段试验雷达数据共同验证,在其他参数均相同时,该文方法的检测性能要优于已有的多特征检测方法,并且通过对凹包算法的复杂度分析证明了所提方法的应用潜力。     

基于Hurst指数差异的海面小目标检测

针对传统舰载雷达和岸基雷达很难检测出海杂波背景下小目标的现状,提出一种基于Hurst指数差异的方法来检测海杂波背景下小目标。该算法基于小波分析法：计算各种极化方式下不同距离门的海杂波的Hurst指数,分析发现距离门含有小目标的Hurst指数明显大于距离门只含有海杂波的Hurst指数,而只含有海杂波的不同距离门间Hurst指数变化较小,因此可基于不同距离门的Hurst指数差值作为检测小目标的标准。实验证明,该算法可在没有任何先验知识条件较准确地检测出海杂波背景下的小目标。     

基于多域多维特征融合的海面小目标检测

多维特征检测技术是提高海面小目标检测的有效途径。为了进一步提升海面小目标检测性能,本文提出基于多域多维特征融合的检测方法。首先,从时域、频域、时频域、极化域等多域,充分挖掘海杂波和含目标回波的差异性,并将这些差异性表征为多维特征,构建高维特征空间。其次,通过极化域和特征域的多维特征线性融合,将多维特征压缩到3D特征空间中,获得高维度信息的同时减少维度计算代价。然后,结合凸包学习算法获得3D判决区域,实现异常检测。最后,基于IPIX实测数据的实验结果表明:相对现有的极化检测器,提出的检测器具有25%以上的显著性能提升。      

一种海杂波背景下快速小目标的检测方法

对某型舰载搜索雷达采集的海杂波数据进行了简要的海杂波频谱分析,并对有船只和无船只的海域回波信号频谱作了对比,采用动目标检测（MTD）和频域杂波图恒虚警处理来抗海杂波,并针对频域杂波图恒虚警处理中虚警率增加的问题,提出了频域杂波图恒虚警与单元平均恒虚警级联的改进方案。     

多分类器联合虚警可控的海上小目标检测方法

模式识别技术已经广泛应用于海上目标检测,其中二分类的模式识别算法在处理该问题时会面临类别非均衡的困境。传统方法一般通过添加人工仿真目标回波扩充目标数据集,检测结果容易受到仿真精度的影响,且增加算法的复杂度。该文提出一种基于多分类思想的多特征海上小目标智能检测方法,先对海杂波数据与目标数据进行多维特征提取,构建高维特征空间;再基于多分类思想中的“1对1”方法,将海杂波特征空间划分成多个子空间,每个杂波子空间与目标数据特征空间等大,构造多个二分类器进行联合判决。该文选取的二分类器为改进的双参数K近邻 (K-NN)算法,可有效调节虚警率。经冰多参数成像X波段雷达(IPIX)数据集验证,所提方法在观测时间为1.024 s时获得了82.40%的检测概率,与基于K-NN的检测器做比较,获得了2%的性能提升。     

基于海面场景感知的雷达目标检测方法

空域上非均匀海杂波使得参考单元内数据难以服从独立同分布,致使参数估计不准确而往往导致杂波抑制能力下降和弱小目标丢失。针对非平稳海杂波下雷达目标检测难题,文中提出了一种基于海面场景感知的雷达目标检测算法。首先,采用启发式分割法依据回波幅度均值将整个场景的距离门分离为多个区域间非平稳、区域内平稳的回波区域;之后,感知各平稳区域回波类型及波动程度,即利用地杂波具有回波直流分量高的特点,识别出岛屿区域及其边界,对纯海杂波进行K分布拟合提取出其起伏参数;然后,利用从海杂波区域提取的波动参数,按恒警率法获取幅度阈值提取出可疑目标;最后,提取可疑目标的信号特征来甄别目标。基于《雷达学报》公开X波段岸基对海监测雷达数据的测试试验表明,本算法不仅能有效识别出海面场景,而且能大幅度提升非平稳海杂波下弱目标检测能力。     

基于对角积分双谱的海面慢速小目标检测方法

针对海杂波背景下雷达对海面慢速小目标探测技术难题,该文提出一种基于对角积分双谱的三特征融合检测方法。该方法首先从待检测信号的估计双谱中获得对角积分双谱,而后根据海杂波单元与目标单元之间的非线性耦合差异性,进一步从对角积分双谱中提取峰值、质心频率、谱宽3种特征。考虑到扫描模式下雷达采用的相干脉冲数通常较少,易导致特征不稳定,进而影响海杂波与目标可分性,为此,通过多帧扫描历史数据和当前帧数据的综合应用,对谱特征进行积累得到累积峰值、全变差、累积谱宽3种累积特征。最后采用凸包分类算法,在三特征空间进行融合检测。经实测CSIR数据集验证,在同等参数条件下,该文检测方法相比已有基于时频三特征的检测方法,基于幅度、多普勒三特征检测方法和分形特征检测方法具有更好的检测性能。     

基于图连通密度的海面漂浮小目标检测

海面漂浮小目标由于其能量弱,一直是海面目标检测的重难点.传统基于统计模型的漂浮小目标检测算法借助回波能量进行检测,没有利用数据频域幅度间的关联性,导致检测性能受损.该文借助图的处理方式,首先利用回波数据脉冲间频域幅度的关联性计算连通密度,生成邻接矩阵,接着将邻接矩阵转换为拉普拉斯矩阵,提取拉普拉斯矩阵的最大特征值作为检测特征,提出了一种基于图的连通密度的海面漂浮小目标检测算法.通过对实测的全相参的X波段(IPIX)雷达数据进行连通密度的分析,发现海杂波构成的图比较稠密,而海面漂浮小目标构成的图比较稀疏,故通过连通密度构成的图可以有效地检测海杂波中的漂浮小目标.进一步地,通过与对比算法实验分析发现,该文所提基于图的连通密度的检测算法检测性能明显优越.     

基于图连通密度的海面漂浮小目标检测

海面漂浮小目标由于其能量弱,一直是海面目标检测的重难点。传统基于统计模型的漂浮小目标检测算法借助回波能量进行检测,没有利用数据频域幅度间的关联性,导致检测性能受损。该文借助图的处理方式,首先利用回波数据脉冲间频域幅度的关联性计算连通密度,生成邻接矩阵,接着将邻接矩阵转换为拉普拉斯矩阵,提取拉普拉斯矩阵的最大特征值作为检测特征,提出了一种基于图的连通密度的海面漂浮小目标检测算法。通过对实测的全相参的X波段 (IPIX)雷达数据进行连通密度的分析,发现海杂波构成的图比较稠密,而海面漂浮小目标构成的图比较稀疏,故通过连通密度构成的图可以有效地检测海杂波中的漂浮小目标。进一步地,通过与对比算法实验分析发现,该文所提基于图的连通密度的检测算法检测性能明显优越。     

检测海面小目标的RLS线性预测方法

为了提高海杂波中的小目标检测能力,提出了基于递归最小二乘线性预测的海面小目标检测方法。首先,建立线性预测模型;其次,利用递归最小二乘法动态调整模型的参数;最后,计算绝对预测误差的均值,通过阈值比较得到检测目标结果。采用加拿大IPIX雷达数据的实验结果表明,该方法的检测性能优于线性预测的检测目标方法和神经网络集成的检测目标方法的检测性能;同极化方式下,HH极性的检测效果优于VV极性的检测效果。该方法实时更新了预测模型参数,同步跟踪海杂波的变化,克服预测模型固定不变的局限,提高了目标检测的能力。     

基于时频脊-Radon变换的海面小目标检测方法

针对海杂波背景下雷达对海面弱小目标探测技术难题,提出一种基于时频脊-Radon变换的帧平滑双特征检测方法。该方法首先采用分块白化方法对海杂波进行抑制,根据抑制后海杂波单元与目标单元在时频域二维平面呈现的不同能量分布特征,对时频脊做Radon变换并在变换域特征空间中提取出峰值和频宽特征。考虑到实际雷达采用的相干脉冲数通常较少（大多情况下为64个或更少）,易导致特征不稳定,进而影响海杂波与目标可分性,为此,通过多帧扫描历史数据和当前帧数据的综合应用,对特征做帧平滑处理以增强可分性。最后采用凸包分类算法,在双特征平面进行融合检测。经2级和4级海况实测数据验证,在同等参数条件下,本文检测方法相比已有基于时频三特征的检测方法、频域CFAR检测方法和分形特征检测方法具有更好的检测性能。      

海面漂浮小目标的特征联合检测算法

该文研究了高距离分辨海杂波背景下漂浮小目标的检测问题。漂浮目标使得周围海面的散射特性发生了改变,目标所在的分辨单元的回波满足非加性模型,导致该模型中依赖于目标的参数难以统计建模。为了避开参数建模,该文将检测问题转化为二元分类问题,即确定海杂波所属于的类,目标检测就是判别回波是否属于该类。针对此分类问题,提出了基于非加性模型的特征联合检测算法,首先在回波中提取两个特征组成归一化向量,然后利用凸包训练算法获得判别区域,最后以判别区域是否包含该向量作为判别准则。实测的IPIX雷达数据实验结果表明,该文算法在高分辨海杂波下的检测性能优于对比算法,为海事雷达检测小目标提供了新的检测方案。