摘要
海面目标检测一直是雷达信号处理领域的难题，其原因主要在于海杂波物理散射机制极其复杂、海杂波模型难以建立、目标回波弱、目标相对于海杂波具有稀疏性。为了提高海杂波背景下目标检测的能力，本文利用雷达学报网站“雷达对海探测计划数据共享计划”中于2021年公布的X波段实测海杂波数据对基于时频分析的海面目标检测方法进行了研究与分析。本文的主要研究工作如下: 1、介绍了海杂波相关的基础理论。首先介绍了海杂波的物理散射模型、幅度分布模型和功率谱模型的原理。其次利用不同海况下的实测海杂波数据进行模型拟合，比较各个模型的拟合度。最后介绍了时空相关性，对不同海况下的实测海杂波数据表现出的相关性特征进行分析。 2、研究了基于时频分析的海面目标检测算法。首先介绍了三种典型的时频分析方法，利用不同海况下的实测海杂波数据对比和分析时频域特性。其次在不同海况下的实测海杂波数据上进行目标检测，对比分析各时频分析方法的检测性能，实验结果表明传统时频分析方法在低信杂比条件下检测不到目标信号，在高信杂比条件下能检测到目标信号，但是存在较高虚警。最后对时频分析方法的基本原理、特点和检测性能进行总结对比，为实际工程中的应用提供参考。 3、针对小波变换中小波基函数不具备自适应性的问题，引入可调Q因子小波变换算法。该算法根据目标信号和海杂波振荡特性的差异，选取与目标信号振荡特性相匹配的参数;利用小波系数的稀疏性重构目标信号，与自适应阈值比较并判断是否存在目标信号;在不同海况下的实测海杂波数据上进行实验，实验结果表明可调Q因子小波变换算法能检测到目标信号，但是在较低的虚警时达不到较高的检测概率。 4、为了进一步提高目标检测的性能，提出改进的可调Q因子小波变换算法。考虑到海杂波能量强，匹配海杂波能获得更准确的重构信息。因此，该算法不再对目标信号进行重构，而是重构海杂波;选取与海杂波振荡特性相匹配的参数;利用小波系数的稀疏性重构海杂波，将原始回波信号与海杂波重构信号的差和自适应阈值比较并判断是否存在目标信号;在不同海况下的实测海杂波数据上进行实验，实验结果表明改进的可调Q因子小波变换算法能检测到目标信号，在保持较低虚警的同时可以达到较高的检测概率。最后，对可调Q因子小波变换算法和改进的可调Q因子小波变换算法的基本思想和检测性能进行总结对比。
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