基于海杂波随机游走模型的小目标检测方法研究

Analysis of sea clutter characteristic and target detection is one of research branch of radar signal processing. How to realize accurate modeling of sea clutter and how to detect targets from sea clutter is a very important research direction both in civil and military fields. To detect the small target in the background of strong sea clutter, the random walk model of sea clutter scattering is analyzed in the project. The stochastic differential equations are given for the physical quality of sea clutter. The diffusion process model is built by using Ito formula. These processes are represented as Ito stochastic differential equations, which enables identification of their stochastic volatilities with certain free functions that serve to calibrate the model. At last the correlation detection method is used to detect weak signal from sea clutter. We present a classification of continuous-time diffusion processes for the local scattering cross-section and scattered intensity for an electromagnetic field scattering from a random medium. This method is used to derive a stochastic differential equation for the radar signal processing.

海杂波的特性分析和目标检测是雷达信号处理领域的一个研究分支，如何对海杂波进行精细地建模，并从海杂波中检测目标，在军用和民用领域都是一个非常重要的研究方向。针对强海杂波背景下小目标检测的难题，根据海杂波的随机游走模型，本课题拟通过建立海杂波和小目标电磁散射信号所满足的随机微分方程，然后利用Ito公式得到海杂波和小目标散射信号幅度和相位的扩散过程模型，最后利用它们的散射特征量给出微弱信号检测的相关处理方法。该研究是从海杂波和小目标电磁散射的本质出发，尝试利用随机微分理论建立其散射方程，是一种全新的研究思路，对于解决相关信号处理问题具有重要的参考意义。

海杂波背景下的小目标检测是当前的研究热点，检测依据是存在小目标的海杂波与目标信号在某种特性上的差异性。本课题将随机微分信号检测理论移植到强杂波情况下雷达信号检测问题中来，以Jakeman提出的海杂波电磁散射信号随机游走模型为基础，推导了海杂波和小目标电磁散射信号所满足的随机微分方程，得到了检测方法。主要研究工作如下：.（1）根据海杂波的随机游走模型，利用Ito公式建立了海杂波电磁散射信号所满足的标准形式随机微分方程.从海杂波随机游走模型出发，建立了海杂波电磁散射时变特性的随机微分方程模型，得到了复数形式的其随机微分方程，为进一步得到其它特征量奠定了基础。同时将上述研究理论方法用于反舰导弹末制导雷达信号处理中的应用研究，于2015年通过装备预研重点项目“基于随机微分的复杂环境下精确末制导技术研究”立项评审，现已完成了结题验收。.（2）建立了海杂波和小目标电磁散射信号进入雷达接收机后所满足的随机微分方程.海杂波和小目标电磁散射信号通过接收机后，其输出信号为该散射信号与接收机冲激响应的卷积，只有将此卷积方程化为标准随机微分方程才能开展后续研究工作。本课题根据随机微分的定义对海杂波和小目标电磁散射信号与接收机传递函数的卷积方程进行了标准化处理。.（3）利用伊藤链式规则得到了幅度、相位及信号强度的随机微分方程.本课题研究求取了下述特征量：幅度、相位及信号强度。在极坐标系下，首先根据伊藤公式得到幅度和相位所满足的随机微分方程，然后得到目标散射信号强度所满足的随机微分方程模型。.（4）利用IPIX雷达实测海杂波数据进行了验模.为了验证本课题理论模型的有效性，利用加拿大McMaster大学公开的海杂波实测数据进行仿真实验。通过比较两类是否包含小目标的海杂波数据，利用随机游走模型得到的相关检测特征量，实现了强海杂波环境下的微弱信号检测。