专利名称：一种高频段一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法及系统。
背景技术：
在海态环境遥感应用中，高频超视距雷达主要通过对一阶、二阶海洋回波的识别 和多普勒谱的参数估计来获得海态信息。另一方面，在对舰船、冰山等动目标的检测过程 中，当目标的速度等于或接近一阶海杂波谱(Bragg峰)的位置时，常常由于无法准确区分 目标和海杂波从而造成虚警和漏警。可见，实现干扰污染环境下的Bragg峰识别是解决上 述问题的关键。一般地，对于离海岸线中/近距离的海域，由于Bragg峰在幅度上是局部占优的， 因此局部峰值检测方法得到了广泛应用。但是当Bragg峰附近存在舰船目标、电离层杂波 等干扰时，该方法的性能将大大下降。特征识别方法综合考虑了 Bragg峰的幅度/信噪比、 连续性和对称性等多维特征，提出了基于Bragg峰特征的识别准则，较好的解决了 Bragg峰 的识别问题。最近的研究发现，当检测单元中存在异常突变(如强洋流切变、风切变、浪涌、 漩涡等)干扰时，Bragg峰的谱结构会出现异常的偏移、扩展和分裂等现象，此时，基于局部 最大峰值的方法将损失Bragg峰能量，并且可能造成海面目标检测中出现虚警；而加权平 均的方法则以损失测量精度为代价，只能获得近似的洋流信息，并可能造成目标检测中出 现漏警。

发明内容
本发明为了解决传统方法在复杂杂波/目标背景和海洋环境多变条件下出现的 Bragg峰识别效果差、测量精度低，以及无法识别分裂谱峰的问题，从而提供一种高频段一 阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法及系统。一种高频段一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法，它由以下步骤实现步骤一、采用高频超视距雷达测量海态信息，获得包含待探测海洋区域信息的回 波谱；步骤二、采用多尺度滤波的方法对步骤一获得的回波谱进行平滑预处理，获得平 滑预处理后的回波谱；步骤三、采用脊检测的方法对步骤二获得平滑预处理后的回波谱进行检测，获得 包括Bragg峰的检测结果；步骤四、采用图像形态学中的腐蚀方法滤除步骤三中获得包括Bragg峰的检测结 果中的干扰目标，并将滤除干扰目标后的结果作为Bragg峰的趋势信息；步骤五、根据步骤四获得的Bragg峰的趋势信息确定初检位置，并在所述初检位 置的Doppler域内设置检测带，选取位于检测带内的Bragg峰的峰值作为备选一阶谱峰；所 述检测带的宽度根据洋流速度确定；步骤六、将步骤五选取的备选一阶谱峰进行对称匹配，通过对匹配后的正、负Bragg峰的位置比照，从备选目标中选择满足对称偏移的峰值作为一阶Bragg峰的识别结 果；步骤七、根据步骤六获得的一阶Bragg峰的识别结果的前、后单元作为参考，确认 步骤五中获得的一阶Bragg峰在距离维的连续性，获得N个Bragg峰备选点；所述N为正整 数；步骤八、对步骤七获得的N个Bragg峰备选点采用三次样条插值的方法进行平滑 处理，获得距离维上的连续平滑变化的Bragg峰；步骤九、采用局部较大准则和位置偏移范围对平滑预处理后的回波谱中的分裂谱 峰位置进行识别，获得识别后的分裂谱峰位置；步骤十、采用幅度差准则对步骤九获得的识别后的分裂谱峰位置与步骤八获得的 距离维上的连续平滑变化的Bragg峰进行对比，获得分裂谱幅度差，将所述分裂谱幅度差 值以外的点作为干扰点，并将所述干扰点滤除，获得滤除干扰点后的分裂谱；步骤十一、根据对称原则对步骤十获得的滤除干扰点后的分裂谱进行对称匹配确 认，获得模糊分裂谱；步骤十二、对步骤十一获得的模糊分裂谱进行特征确认，获得Bragg峰的分裂谱 峰的最终位置。步骤二中采用多尺度滤波的方法对步骤一获得的回波谱进行平滑预处理的方法 是对三维空间f:R2 X —R，其尺度空间L=R2X R+ —R能够表示为L (*;t) =g(·; t)*f，其中*表示卷积，g:R2XR+ —R是高斯核函数，t是尺度参数，(X，y)是二维空间中 某点的笛卡尔坐标；尺度空间的导数定义为
权利要求
1.一种高频段一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法，其特征是它由以下步骤实现步骤一、采用高频超视距雷达测量海态信息，获得包含待探测海洋区域信息的回波谱；步骤二、采用多尺度滤波的方法对步骤一获得的回波谱进行平滑预处理，获得平滑预 处理后的回波谱；步骤三、采用脊检测的方法对步骤二获得平滑预处理后的回波谱进行检测，获得包括 Bragg峰的检测结果；步骤四、采用图像形态学中的腐蚀方法滤除步骤三中获得包括Bragg峰的检测结果中 的干扰目标，并将滤除干扰目标后的结果作为Bragg峰的趋势信息；步骤五、根据步骤四获得的Bragg峰的趋势信息确定初检位置，并在所述初检位置的 Doppler域内设置检测带，选取位于检测带内的Bragg峰的峰值作为备选一阶谱峰；所述检 测带的宽度根据洋流速度确定；步骤六、将步骤五选取的备选一阶谱峰进行对称匹配，通过对匹配后的正、负Bragg峰 的位置比照，从备选目标中选择满足对称偏移的峰值作为一阶Bragg峰的识别结果；步骤七、根据步骤六获得的一阶Bragg峰的识别结果的前、后单元作为参考，确认步骤 五中获得的一阶Bragg峰在距离维的连续性，获得N个Bragg峰备选点；所述N为正整数； 步骤八、对步骤七获得的N个Bragg峰备选点采用三次样条插值的方法进行平滑处理， 获得距离维上的连续平滑变化的Bragg峰；步骤九、采用局部较大准则和位置偏移范围对平滑预处理后的回波谱中的分裂谱峰位 置进行识别，获得识别后的分裂谱峰位置；步骤十、采用幅度差准则对步骤九获得的识别后的分裂谱峰位置与步骤八获得的距离 维上的连续平滑变化的Bragg峰进行对比，获得分裂谱幅度差，将所述分裂谱幅度差值以 外的点作为干扰点，并将所述干扰点滤除，获得滤除干扰点后的分裂谱；步骤十一、根据对称原则对步骤十获得的滤除干扰点后的分裂谱进行对称匹配确认， 获得模糊分裂谱；步骤十二、对步骤十一获得的模糊分裂谱进行特征确认，获得Bragg峰的分裂谱峰的 最终位置。
2.根据权利要求1所述的一种高频段一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法，其特征 在于步骤二中采用多尺度滤波的方法对步骤一获得的回波谱进行平滑预处理的方法是对三维空间f :R2X — R，其尺度空间L:R2XR+ —R能够表示为L(· ；t)=g(·； t)*f，其中*表示卷积，g :R2XR+ —R是高斯核函数，t是尺度参数，(X，y)是二维空间中 某点的笛卡尔坐标；尺度空间的导数定义为其中，α、β是微分的阶数；通过改变尺度参数t，获得平滑滤波程度不同的三维映射；进而实现对回波谱的平滑 预处理。
3.根据权利要求1所述的一种高频段一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法，其特征 在于步骤三中采用脊检测的方法对步骤二获得平滑预处理后的回波谱进行检测中，脊检测 过程中的脊点的获得方法是首先根据待探测海洋区域中最大洋流造成Bragg峰的偏移量 给出一个脊检测范围；然后在该范围内，对经步骤二处理后的回波谱中各点(v，r)求取沿 多普勒维方向尺度空间的一阶导结果々V。(v,r;0和二阶导结果Av(v^J)，并且当满足
4.根据权利要求1所述的一种高频段一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法，其特征 在于步骤九中所述的局部较大准则的含义为定义除主峰外的局部最大尖峰为分裂谱峰。
5.根据权利要求1所述的一种高频段一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法，其特征 在于步骤九中所述的位置偏移范围的是[νω-Δ_，νω+Δ_]，其中Vm为主峰的多普勒速度 位置，Δ_是稳态/瞬态径向洋流造成的Bragg峰最大偏移量。
6.根据权利要求1所述的一种高频段一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法，其特征 在于步骤十一中所述对称原则的含义为分裂谱的偏移是同向一致的。
7.根据权利要求1所述的一种高频段一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法，其特征 在于步骤十中所述幅度差准则的含义是主峰与其分裂谱峰的幅度差在0 20dB之间。
8.根据权利要求1所述的一种高频段一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法，其特征 在于步骤十二中所述对步骤十一获得的模糊分裂谱进行特征确认，获得Bragg峰的分裂谱 峰的最终位置的方法是考察分裂谱峰不可见一侧主峰周围的谱结构，当谱结构表现为相 邻弱目标干扰的特征时，则判定分裂谱存在但不可见；然后综合两侧分裂谱峰信息，从而获 得Bragg峰的分裂谱峰的最终位置。
9.实现权利要求1所述的一种高频段一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法的一种高 频段一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别系统，它包括峰值检测模块( 和备选结果特征确 认模块(3)，其特征是它还包括趋势信息提取模块(1)和分裂谱峰识别模块，所述趋势 信息提取模块⑴由多尺度滤波单元(11)、脊检测单元(12)和形态滤波单元(13)组成；分 裂谱峰识别模块由分裂谱峰识别单元(41)、分裂谱幅度差确认单元(42)、分裂谱对称 匹配单元和模糊分裂谱特征确认单元(44)，所述多尺度滤波单元(11)的输入端接收 待探测海洋区域信息回波谱信息，多尺度滤波单元(11)的输出端与脊检测单元(1 的输 入端连接；脊检测单元(1 的输出端与形态滤波单元(1 的输入端连接；形态滤波单元 (13)的输出端与峰值检测模块O)的输入端连接；峰值检测模块O)的输出端与备选结果 特征确认模块(3)的输入端连接；备选结果特征确认模块(3)的输出端与分裂谱峰识别单 元Gl)的输入端连接；分裂谱峰识别单元Gl)的输出端与分裂谱幅度差确认单元G2)的 输入端连接；分裂谱幅度差确认单元0 的输出端与分裂谱对称匹配单元的输入端 连接；分裂谱对称匹配单元的输出端与模糊分裂谱特征确认单元G4)的输入端连接；备选结果特征确认模块(3)输出的识别结果作为一阶Bragg峰的识别结果；模糊分裂谱特 征确认单元G4)输出的识别结果作为Bragg峰的分裂谱峰的识别结果。
10.根据权利要求8的一种高频段一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法及系统，其特 征在于它还包括盲区检测模块(5)、SNR确认模块(6)和全局特征确认模块(7)，所述盲区 检测模块(5)的输入端与模糊分裂谱特征确认单元G4)的输出端连接；盲区检测模块(5) 的输出端与SNR确认模块(6)的输入端连接，SNR确认模块(6)的输出端与全局特征确认 模块(7)的输入端连接。
全文摘要
一种高频段一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法及系统，涉及一种一阶Bragg峰及其分裂谱峰的识别方法及系统，解决了传统方法在复杂杂波/目标背景和海洋环境多变条件下出现的Bragg峰识别效果差、测量精度低，以及无法识别分裂谱峰的问题。其方法通过多尺度滤波和脊特征检测的方法提取一阶Bragg峰的趋势特征，结合幅度、连续性、对称性等全局特征进行Bragg峰识别，并针对强切变洋流造成的Bragg峰分裂谱峰特征进行识别。其系统首先通过趋势信息提取模块计算趋势信息，结合海态洋流建立检测带，对峰值进行提取；并通过分裂谱峰识别模块对分裂谱峰进行识别。本发明适用于海态环境遥感中对海态信息的获取，及目标检测中对海杂波的剔除过程。
文档编号G01S7/40GK102141609SQ20101060980
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者张宁, 李杨, 郝松 申请人:哈尔滨工业大学