【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到雷达数字信号处理，具体的说是一种海杂波特征描述方法及其参数修正方法。
技术介绍
1、海场景下制导探测雷达的目标检测受海杂波影响较大。受到波浪、海风和潮汐等多种因素影响，难以对海杂波准确建模，需要对大量的海杂波实测数据进行统计分析，才能得到海杂波的精确特征。而海杂波实测数据量庞大，占据了大量存储空间，新采集的海杂波数据如果无法及时处理，在存储过程中可能会导致重要信息的丢失，带来严重的资源浪费问题。因此，迫切需要一种能够有效记录海杂波特征且节约存储成本的解决方案。
2、海杂波的特征主要包括幅度分布和相关性特征。早期的海杂波幅度分布，如瑞利分布、对数正态分布和韦布尔分布等，这些模型仅描述了海杂波在数学上的统计特性，主要适用于雷达分辨率较低的单脉冲检测情况，结构比较简单，且未考虑其物理机制，如专利cn201410487752.5《一种基于参数选择的雷达海杂波自适应抑制处理方法》、专利cn201710206425.1《海杂波幅度对数正态分布参数的分位点估计方法》。之后，提出了更准确地描述海杂波的复合高斯分布模型，复合高斯分布模型主要包括纹理服从gamma分布的k分布幅度、纹理服从逆gamma分布的广义pareto分布以及纹理服从逆高斯分布的ig-cg分布三种，如专利cn201610536574.x《海杂波pareto分布模型的参数估计范围拓展方法》、专利cn201810360487.2《一种高分辨海杂波的仿真方法》。海杂波的相关性特征包括时间相关性和空间相关性，海杂波的时间相关性可用于反映杂波的起伏特性。通常使
3、目前，海杂波时间相关性和空间相关性的描述函数主要采用专家经验设定模型参数，难以适应复杂海况条件下海杂波相关特征的准确描述。在海杂波幅度分布模型的参数确定方面，主要采用矩估计方法(method of moment,mom)和最大似然估计方法(iterativemaximum likelihood,iml)。该类方法在处理存在重尾现象的海杂波数据时，往往因对异常样本敏感而难以保证幅度分布模型的参数估计准确性。因此，缺乏一种能够适应海杂波各类特性描述函数中参数修正方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种海杂波特征描述方法及其参数修正方法，该方法通过幅度分布目标函数、时间相关性目标函数、空间相关性目标函数来表征海杂波的实际特征，并利用改进adam算法修正这些函数中的参数，实现对海杂波特征的精准描述。最终，通过少量的参数信息就可以表示实际海杂波的特征，减少了对海杂波存储成本。
2、本专利技术为实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种海杂波特征描述方法，该描述方法由描述海杂波幅度分布的幅度分布目标函数、描述海杂波时间相关性的时间相关性目标函数和描述海杂波空间相关性的空间相关性目标函数构成，所述幅度分布目标函数的公式为：
3、
4、式中，v表示海杂波幅度分布的形状参数，b表示海杂波幅度分布的尺度参数，h为海杂波回波的采样序列的序列长度，i表示h个海杂波幅度中第i个海杂波幅度，海杂波的幅度满足z1＜z2＜…＜zn；fg(zi)表示海杂波幅度为zi时的实测概率密度；f1(zi；v,b)表示海杂波幅度为zi时，根据cg-ig分布得到的幅度分布概率密度函数；
5、所述时间相关性目标函数的公式为：
6、
7、式中，m为间隔脉冲的个数，m表示样本的脉冲个数，f2(m；σtime,ωd)为海杂波的时间相关性描述函数，rt(m)为样本的时间相关性函数；
8、所述空间相关性目标函数的公式为：
9、
10、式中，n为间隔距离单元的个数，n表示样本的距离单元个数，f3(n；σspace)为海杂波的空间相关性描述函数，rs(n)为实测概率密度。
11、作为上述海杂波特征描述方法的一种优化方案，所述f1(zi；v,b)的表达式为：
12、
13、式中，f为运算替代符。
14、作为上述海杂波特征描述方法的另一种优化方案，所述海杂波的时间相关性描述函数f2(m；σtime,ωd)的表达式为：
15、f2(m；σtime,ωd)＝exp(-σtimem+jωdm)
16、式中，σtime为决定时间相关性强弱的参数，其取值为[0,1]，exp为自然对数的底，ωd为决定相关函数周期性的参数，其取值为[0,2π]，与杂波中心多普勒频移有关；m表示雷达脉冲的时间间隔数。
17、作为上述海杂波特征描述方法的另一种优化方案，所述样本的时间相关性函数rt(m)的表达式为：
18、
19、式中，n为间隔距离单元的个数，n表示样本的距离单元个数，m为间隔脉冲的个数，m表示样本的脉冲个数，ii表示第ii个脉冲，xn(ii)表示第n个距离单元xn在第ii个脉冲回波中的强度。
20、作为上述海杂波特征描述方法的另一种优化方案，所述海杂波的空间相关性描述函数f3(n；σspace)的表达式为：
21、f3(n；σspace)＝exp(-(σspacegn)2)
22、式中，σspace为决定空间相关性强弱的参数，n表示距离间隔数。
23、作为上述海杂波特征描述方法的另一种优化方案，所述实测概率密度rs(n)的表达式为：
24、
25、式中，m为间隔脉冲的个数，m表示样本的脉冲个数，n为间隔距离单元的个数，n表示样本的距离单元个数，jj表示第jj个距离单元，ym(jj)表示某个脉冲ym在第jj个距离单元上的强度。
26、上述海杂波特征描述方法中参数的修正方法，采用改进adam算法分别对幅度分布目标函数、时间相关性目标函数和空间相关性目标函数中的参数求最小值，从而得到各目标函数中参数的最优值；
27、所述改进adam算法的规则如下：
28、
29、其中，xt＝[xt-1,xt-2,…xt-k…,xt-k]表示在第t次迭代中由需要修正的参数组成的向量；xt-k为在第t次迭代中第k个需要修正的参数；▽f(g)为计算梯度的公式；gt为第t次迭代中的梯度向量；gt-k为梯度向量gt中第k个元素；为梯度向量gt归一化后的向量；η为学习率；t和t+1分别表示第t和t+1次迭代；β1和β2是估计一阶和二阶矩的衰减率，取值分别为0.9和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海杂波特征描述方法，该描述方法由描述海杂波幅度分布的幅度分布目标函数、描述海杂波时间相关性的时间相关性目标函数和描述海杂波空间相关性的空间相关性目标函数构成，其特征在于：所述幅度分布目标函数的公式为：
2.根据权利要求1所述的一种海杂波特征描述方法，其特征在于：所述f1(zi；v,b)的表达式为：
3.根据权利要求1所述的一种海杂波特征描述方法，其特征在于：所述海杂波的时间相关性描述函数f2(m；σtime,ωd)的表达式为：
4.根据权利要求1所述的一种海杂波特征描述方法，其特征在于：所述样本的时间相关性函数Rt(m)的表达式为：
5.根据权利要求1所述的一种海杂波特征描述方法，其特征在于：所述海杂波的空间相关性描述函数f3(n；σspace)的表达式为：
6.根据权利要求1所述的一种海杂波特征描述方法，其特征在于：所述实测概率密度Rs(n)的表达式为：
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的海杂波特征描述方法中参数的修正方法，其特征在于：采用改进Adam算法分别对幅度分布目标函数、时间相关性目标函
8.根据权利要求7所述的海杂波特征描述方法中参数的修正方法，其特征在于：利用所述改进Adam算法对幅度分布目标函数进行求最小值时，xt＝[vt,bt]为第t次迭代中由需要修正的形状参数v和尺度参数b组成的向量，且改进Adam算法的初始参数值是通过矩估计得到CG-IG分布的形状参数和尺度参数的估计值(v1,b1)。
9.根据权利要求7所述的海杂波特征描述方法中参数的修正方法，其特征在于：利用所述改进Adam算法对时间相关性目标函数进行求最小值时，Xt＝[σtime,ωd]为第t次迭代中由需要修正的时间相关性函数中σtime和ωd组成的向量，且这两个参数在改进Adam算法的初始参数值均取0。
10.根据权利要求7所述的海杂波特征描述方法中参数的修正方法，其特征在于：利用所述改进Adam算法对空间相关性目标函数进行求最小值时，由于只需要对一个参数σspace_t进行求值，因此，归一化梯度失效，此时，Xt＝[σspace_t]为第t次迭代中由需要修正的空间相关性目标函数中的参数σspace_t，且其初始值取0。
...【技术特征摘要】
1.一种海杂波特征描述方法，该描述方法由描述海杂波幅度分布的幅度分布目标函数、描述海杂波时间相关性的时间相关性目标函数和描述海杂波空间相关性的空间相关性目标函数构成，其特征在于：所述幅度分布目标函数的公式为：
2.根据权利要求1所述的一种海杂波特征描述方法，其特征在于：所述f1(zi；v,b)的表达式为：
3.根据权利要求1所述的一种海杂波特征描述方法，其特征在于：所述海杂波的时间相关性描述函数f2(m；σtime,ωd)的表达式为：
4.根据权利要求1所述的一种海杂波特征描述方法，其特征在于：所述样本的时间相关性函数rt(m)的表达式为：
5.根据权利要求1所述的一种海杂波特征描述方法，其特征在于：所述海杂波的空间相关性描述函数f3(n；σspace)的表达式为：
6.根据权利要求1所述的一种海杂波特征描述方法，其特征在于：所述实测概率密度rs(n)的表达式为：
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的海杂波特征描述方法中参数的修正方法，其特征在于：采用改进adam算法分别对幅度分布目标函数、时间相关性目标函数和空间相关性目标...
【专利技术属性】
技术研发人员：何华锋，李震，韩晓斐，周涛，王栗沅，张鑫，尤涌权，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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