海杂波中雷达目标的变换域分形检测方法研究

变换域（频域、FRFT、HHT域等）处理和分形理论在雷达目标检测中分别均有应用，且在一些情况下有很好的效果。本项目拟将分形理论与变换域处理相结合，在雷达信号的变换域上分析其分形特性，并利用此特征来解决海杂波中雷达微弱目标的检测问题。首先，分析雷达海杂波在变换域的分形特性，研究雷达目标对变换域海杂波分形特性的影响，并在此基础上寻找目标与海杂波变换域分形特征的差异，提出雷达海杂波中微弱目标检测的新方法。研究方法：（1）对频域、FRFT域、HHT域的海杂波信号是否具有分形特性进行分析，寻找满足自相似成立的无标度区间；（2）分析变换域海杂波的单一分形特性、扩展分形特性、多重分形特性，并对分形特征参数进行估计；（3）寻找能够反映目标存在与否的变换域分形（包括单一分形、扩展分形和多重分形）特征，用于后续的目标检测；（4）采用差异分形特征形成检测统计量，实现恒虚警检测，并采用实测海杂波数据进行验证。

海杂波中的目标检测技术在军事和民事方面均有着很高的应用需求，也是海用雷达信号处中的难点和热点课题。目标检测的关键因素之一是信杂比（SCR），而相参积累可以有效提升SCR，因此，本文主要研究变换域海杂波的分形特性及目标检测算法。. 首先，研究了时域海杂波序列的自相似特性。重点研究了驻留模式海杂波时间序列整体的自相似性、驻留模式海杂波时间序列中海尖峰序列的代数自相似性以及扫描模式海杂波方位序列的自相似性，并分别采用相应的分形模型进行参数估计；最后，采用分段分数布朗运动模型分段建模海杂波频谱的低频部分与高频部分，并研究具有不同运动速度的目标回波多普勒谱分别对精细尺度和粗略尺度下海杂波自相似特性的影响，为将分形分析方法引入到对海杂波变换域谱的分析中奠定基础。. 其次，研究了海杂波频谱的自相似特性和利用频域分形特征的目标检测算法。基于分数布朗运动说明了Fourier变换保持原序列自相似特性的性质；然后，分别研究海杂波频谱的单一、扩展和多重自相似特性，得到相应的分形特征，并对分形参数的影响因素进行分析，进而得到有意义的结论，用于指导后续目标检测方法中相应参数的合理设置；最后，利用对海杂波和目标回波有明显差异的频域分形特征设计海杂波中目标的恒虚警检测方法，并基于实测数据进行性能分析。. 再次，研究了海杂波分数阶Fourier变换（FRFT）谱的自相似特性以及利用FRFT域分形特征的目标检测算法。基于分数布朗运动说明了单一自相似过程在一系列特定变换阶数下FRFT谱之间的近似单一自相似性以及在某一确定变换阶数下FRFT谱的非均匀自相似性；然后，对于海杂波FRFT谱的近似单一自相似性，采用单一分形模型进行建模，提取FRFT域单一分形参数并分析其影响因素，指导设计海杂波中目标检测方法；对于海杂波FRFT谱的非均匀自相似性，分别采用扩展自相似过程和多重分形模型进行建模，找寻对海杂波和目标回波有区分能力的FRFT域分形特征，分析其影响因素，用于指导后续目标检测中合理设置参数；最后，基于实测数据对所提出的三种利用FRFT域分形特征的目标检测方法进行性能分析。