岸基雷达的海杂波特性分析及抑制方法研究

应用技术　●Ｉ　岸基雷达的海杂波特性分析及抑制方法研究　王　皓　（９２９４１部队９１分队１２５００１）　［摘要］介绍岸基雷达的海杂波幅度分布、相关性、海杂谱和与海杂波反射面积相关的参数等特性，针对这些特性提出与岸器雷达系统设计相应的海杂波　抑制措施，并重点研究基于雷达回波相关特征的海杂波抑制方法，仅作参考。　［关键词］岸基雷达系统　海杂波；特性分析；相关性　中图分类号：ＴＦ０４６．６　文献标识码：Ａ　１、岸基雷达的海杂波特性　１　１幅度分布特性　一般情况下，海杂波的幅度基本处于锐利分布和对数一正态之间。不同分　辨率的雷达系统面对不同海情海杂波的后向散射性差异较大。　低分辨率雷达因波束宽度与发射脉冲宽度很大可简化认为海杂波射频电　压呈高斯分布状态，经线性检波之后输出的电压值呈瑞利分布形态，以如下概　率密度函数描述。　ｐ（ｖ）：　‘　Ｐ　／（２ｏ－　）　其中：ｏ　２为检波之前海杂波信号的方差（与噪声功率大小成正比关系）。　雷达系统的分辨单元足够大仅可在高入射角产生瑞利杂波，而低入射角因遮挡　效应很有可能产生非瑞利杂波。　高分辨率雷达如果可以分辨单个波浪即可认为概率密度函数不呈现瑞利　分布。从试验中得到数据分析来看，它近似符合于对数一正态分布形态，其海杂　波电压Ｖ的概率密度函数可表示为：　，＝　１唧　（２）　其中：ｗ为ｌｎ　ｖ的平均值，Ｕ是ｌｎＶ的标准差。　１　２相关性　（１）频率的相关性。利用相关函数来描述不同次海杂波的相关程度。假设　Ｒ（ｉ，Ｊ）是第ｉ个海杂波第ｕ，次归一化的相关函数：　尺（ｆ，　）：＿ｓｉｎ　（ｎｒ　ｒ＾，Ａ　ｆ）　（、３）一　　其中：Ｔ是脉冲宽度；△厂是　，Ｉ／　和　分别是第ｉ次和第，次雷　达的发射频率。平方律检波之后输出杂波到的归一化频率相关函数为：　ｓｉｎ０　ｒｒＡＩ　ｆ）ｌ　ｌ（４）　万，其中：当ｒＡｆ＝１时为０；当ｒＡｆ＞１时其值小于０．０５，相当于波频变化不　小于１／ｒ时，其回波基本不相关。　（２）时间的相关性。海杂波相关时间和多普勒频谱成反比关系。依照幅度时　间取样法，一般归一化的自相关函数Ｐ（ｔ）　０．２时间是海杂波的去相关时间。　Ｔｒ一—２４￣—ｃｒ　（５）　其中：ｃｒｘ（ｍ／Ｓ）是多普勒频谱的标准偏差。ｘ　（３）空间的相关性。海杂波空间的相关性指的是相邻回波间的相关性。按照　实验数据分析，径向距离超过一个脉冲宽度，相邻两个海区回波不相关。　。ＲＯ　ｃｒ　ｓｅｃ（￣）　：　２　（６）　其中：　。是海面杂波的反射率。图１是天线水平极化时从Ｌ波段￣ｔＪＫａ波段　海面反射率与入射角之间的关系。　为雷达至杂波反射点之间的距离；　为天　线方位３ｄＢ波束宽度；Ｃ是光速３×１０　Ⅲ／　；　是脉冲宽度；　是雷达天线中心　至海杂波反射点二者之间的入射角度。岸基雷达系统设计中应认真考虑降低天　线波束宽度０和脉冲宽度Ｔ。　（５）海杂波谱分布。海面的运动使得从各个散射体接收到的回波信号产生　多普勒频移。由于不同的散射单元的运动方向和速度都在变化，因此总的回波　包括一个多普勒频移，其形状和宽度与海面的径向速度和分布程度有关。这个　频谱的宽度是影响为了改善　／Ｃ而进行信号处理效果的重要因素。　许多人通过实验数据表明谱宽与风速或海面状态有关，频谱宽度与海态的　近似关系如下：　△厂＝３．６ｙｓ　（７）　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１４）２９—０２８７【）１　其中：，是雷达工作频率，单位是千兆赫鳆，　是海态等级。　２、基于雷达回波相关特征的海杂波抑制方法　根据目标和海杂波的相关信息及幅度信息，我们设计了基于双重图像分割　的海杂波抑制方法。该方法由两部分构成，第一步实现双重图像分割，第二步采　用形态学处理。具体步骤为：　（１）首先找出图像中灰度突变及灰度慢变的区域。由以上分析知，目标内部　灰度分布均匀，海杂波尖峰分布均匀。设ＩＲ（ｘ，ｙ）表ｉ　雷达图像，这里采用最简　单的拉普拉斯算子对图像求导，用公式写为：　△　ＩＲ＝ｌ　（　＋１，　）＋　（　—ｌ，　）＋　Ｒ（　，Ｙ＋Ｉ）十，＾（　，　一１）一４１　（　，Ｙ）Ｉ（５）　给定导数门限￡Ｔｈ，ＬＲ（ｘ，　）被分割成两类区域ＬＬＲ（ｘ，　），导数低的区域和　导数高的区域ＬＨＲ（ｘ，Ｙ）。导数低的区域对应灰度分布均匀的区域，即舰船目标　区域和海杂波强相关区域以及噪声区域。导数高的区域对应大量相关性较弱的　海杂波区域。给定第二个门限（灰度门限）』４　，对导数低区域ＩＬＲ（ｘ　）进行分割，　这样可以将目标区域、强相关区域和噪声区域区分开来，一般来讲，噪声对应的　灰度值较低，灰度门限越低，杂波抑制效果越　差。第一步用公式可以概括为：　，厂（ＬＲ（ｘ，Ｙ）　ＬＴｈ）且（ＩＲ（ｘ，Ｙ）≤ＡＴｈ）　Ｓｌ（ｘ，Ｙ　＝ｌ　ｅｌｓｅ　１　ｖ１：０　（６）　ｅｎｄ　Ｓ，（ｚ，Ｙ）表示经过双重分割后的二值图像，如图２所示。　（２）根据目标的结构特征，对第一步得到的二值图象进行形态学处理。首先　采用３×３的结构元素对Ｓ　（ｚ，ｙ）做开运算得到ｓ，　（ｚ，Ｙ），目的是抑；Ｈｓ　（ｚ，ｙ）中的　强相关噪声。其次，根据目标的长条形分布特征，在方位上方向上，即垂直方向　上对Ｓ，（ｚ，ｙ）做开运算和闭运算，得到二值图像Ｓ，　（ｚ，ｙ），ＰＩ的是进一步消除Ｓ　（ｚ，　ｙ）中的杂波，结构元素为１×Ｎ的长条形。Ｎ的夫，ｊ、丌Ｊ以根据目标长度调整，这里　取Ｎ＝７。最后在距离方向上，即水平方向上对Ｓ，　（ｚ，ｙ）做闭运算，结构元素为３　Ｘ　１的条形模板。实验采用某型雷达记录的视频数据。　３、结束语　海杂波是影响岸基雷达系统目标检测与跟踪的关键因素之－－ｏ我们既可　以将海杂波看作是一种随机过程，也可以将税为一个混沌的系统，仅从幅度　信息或能量信息来抑制海杂波是非常不现　的。本文结合海杂波的特性，从　图像处理的角度出发，在时域方面抑制海杂波的是切实可行的，更多如多帧　雷达图像等处理技术的应用对岸基雷达在海杂波背景＿Ｆ目标检测的实现也　是有益的。而广大技术攻坚人员为抗杂波仍需ｆ１ｊ出不懈努力，力求抗杂波效　果更佳。　参考文献　［１］赵巨波，符燕，耿史东；海杂波统计特性分析…；现代雷达；２０１１，２７．　［２】曹浩；海杂波的抑制技术及其发展疗Ｉ？ｊ［Ｊ】；电子１　程；２００２，（０１）．　【３】曹晨，王小谟；关于雷达杂波性质研究的若干问　现代雷达；２００１，　（１０）．　科技博览　２８７