搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

海杂波FRFT域的分形特征分析及小目标检测方法

行鸿彦 张强 徐伟

引用本文:
Citation:

海杂波FRFT域的分形特征分析及小目标检测方法

行鸿彦, 张强, 徐伟

Fractal property of sea clutter FRFT spectrum for small target detection

Xing Hong-Yan, Zhang Qiang, Xu Wei
PDF
导出引用
  • 针对海杂波背景下海情对小目标检测的严重影响, 本文研究了实测海杂波在分数阶Fourier变换(FRFT)域的分形特征, 分别提出了单、高尺度下的分形检测方法. 由数学定义推得, FRFT 在不同阶数和尺度情况下, 不具有一致的自相似特性, 采用多重分形趋势波动分析法确定分形参数H(q), 分析了海杂波在不同海情、距离和极化条件下的分形特征. 在单尺度基础上结合FRFT的变阶优势, 提出了阶数自适应的小目标检测方法; 高尺度条件下, 比较了不同因素对海杂波FRFT域多重分形参数的影响. 结果表明:海杂波FRFT域可用变换阶数的方法检测到湮没在复杂海情中的小信号, 检测门限多数提高200%以上, 比采用时域信号提高26.3%. H(q) 在负高尺度上具有明显的多重分形特征差异, H(q)-q曲线满足反正切分布, 纯海杂波与含目标数据的拟合幅值比分别大于1.8(HH)和1.4(VV), 为海杂波背景小目标检测提供了判定依据.
    Because the detection of small target in the background of sea clutter is strongly influenced by the sea condition, this paper studies the fractal property of sea clutter in fractional Fourier transform (FRFT) domain and proposes the fractal detection method in single and high dimensions. The FRFT deduced from mathematical definition is not consistent with the self-similar properties in orders and scales. Multifractal detrended fluctuation analysis (MF-DFA) method is used to determine the fractal parameter H(q) and analyze the fractal property of the sea clutter in different situations, distances, and polarizations. In single dimension, the small target detection method is proposed based on an adaptive order. By comparing different factors of the multifractal parameters, the results show that the transform order method in sea clutter FRFT domain can detect small signals under complicated sea conditions. The detection threshold mostly increases above 200%, which is 26.3% higher than the method of time domain signal. H(q) has an obvious multifractal difference on high negative scale, the H(q)-q curve satisfies the arctangent distribution. The fitting amplitude ratios of pure sea clutter and target data are greater than 1.8 (HH) and 1.4 (VV), which provide the basis for the small target detection in sea clutter background.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61072133)、江苏普通高校研究生实践创新计划项目(批准号:SJZZ_0112)、江苏省产学研联合创新资金计划(批准号:BY2013007-02,BY2011112)、江苏省高校科研成果产业化推进项目(批准号:JHB2011-15)、江苏省“信息与通信工程”优势学科和江苏省“六大人才高峰”计划资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61072133), the Practice Innovation Program of Colleges and Universities Postgraduates of Jiangsu Province, China (Grant No. SJZZ_0112), the Production, Learning and Research Joint Innovation Program of Jiangsu Province, China (Grant Nos. BY2013007-02, SBY201120033), the Industrialization of Research Findings Promotion Program of Institution of Higher Education of Jiangsu Province, China (Grant No. JHB2011-15), the Advantage Discipline Platform “Information and Communication Engineering” of Jiangsu Province, China, and the “Summit of the Six Top Talents” Program of Jiangsu Province, China.
    [1]

    Trunk G V, George S F 1970 IEEE Tran. Aero. Elec. Sys. 6 620

    [2]

    Sayama S, Sekine M 2000 IEICE Tran. Comm. 83 1979

    [3]

    Ritchie M A, Woodbridge K, Stove A G 2010 IEEE Gros. Remo. Sens. 48 497

    [4]

    Haykin S, Heung H 1990 Appl. Phys. Lett. 56 593

    [5]

    Birx D L, Pipenberg S J 1992 IEEE International Joint Confence on Networks Baltimore, MD, Jun 7-11, 1992 p886

    [6]

    Haykin S, Li X B 1995 Proc. IEEE 83 195

    [7]

    Cui W Z, Zhu C C, Bao W X, Liu J H 2004 Acta Phys. Sin. 53 3303 (in Chinese) [崔万照, 朱长纯, 保文星, 刘君华 2004 物理学报 53 3303]

    [8]

    Mandelbrot B B 1982 The Fractal Geometry on Nature (New York:Freeman)

    [9]

    Lo T, Leung H 1993 IEE Proc. F 140 243

    [10]

    Savaidis S, Jaggard D L, Hizanidis K, Frangos P 1995 Optics letters 20 2358

    [11]

    Hu J, Gao J, Posner F L, Zheng Y, Tung W 2006 Fractals 14 189

    [12]

    Gao J B, Hu J, Tung W W, Cao Y H 2006 Physical Review E 74 066204

    [13]

    Guan J, Liu N B, Huang Y, He Y 2012 IET Radar, Sonar & Navigation 6 300

    [14]

    Shi Z G, Zhou J X, Fu Q 2006 J. Sys. Simu. 18 2289 (in Chinese) [石志广, 周剑雄, 付强 2006 系统仿真学报 18 2289]

    [15]

    Jiang B, Wang H Q, Li X, Guo G R 2006 Acta Phys. Sin. 55 3985 (in Chinese) [姜斌, 王宏强, 黎湘, 郭桂荣 2006 物理学报 55 3985]

    [16]

    Guan J, Liu N B, Zhang J, Song J 2010 J. E. I. T. 32 57 (in Chinese) [关键, 刘宁波, 张建, 宋杰 2010电子与信息学报 32 57]

    [17]

    Guan-Lei X, Xiao-Tong W, Xiao-Gang X 2010 Chin. Phys. B 19 014203

    [18]

    Wen B Y, Wang S. 2006 J. H. U. S. T (N. S. E) 34 70 (in Chinese) [文必洋, 王颂 2006 华中科技大学学报(自然科学版) 34 70]

    [19]

    Jiang B, Wang H Q, Li X, Guo G R 2007 J. Elec. Info. Tech. 29 1811 (in Chinese) [姜斌, 王宏强, 黎湘, 郭桂荣 2007电子与信息学报 29 1811]

    [20]

    Xing H Y, Gong P, Xu W 2012 Acta Phys. Sin. 61 160504 (in Chinese) [行鸿彦, 龚平, 徐伟 2012 物理学报 61 160504]

    [21]

    Xing H Y, Cheng Y Y, Xu W, Gong P 2013 IET International Conference on Information and Communications Technologies Beijing, China, April 27-29, 2013 p333

    [22]

    Xing H Y, Gong P, Xu W 2013 J. Syst. Simu. 25 1223 (in Chinese) [行鸿彦, 龚平, 徐伟 2013系统仿真学报 25 1223]

    [23]

    Mandelbrot B B, Van Ness J W 1968 SIAM Rev. 10 425

    [24]

    Lu X, Li H 1999 Chemical Engineer Journal 75 117

    [25]

    Chen X L, Liu N B, Song J, Guan J, He Y 2011 J. E. I. T. 33 827 (in Chinese) [陈小龙, 刘宁波, 宋杰, 关键, 何友 2011 电子与信息学报 33 827]

    [26]

    Peng C K, Buldyrev S V, Havlin S, Simons M, Stanley H E, Goldberger A L 1994 Physical Review E 49 1685

    [27]

    Kantelhardt J W, Zschiegner S A, Koscielny B E 2002 Physica A 316 87

    [28]

    Chen X L, Guan J, Liu N B, He Y 2010 J. N. A. A. U. 25 614 (in Chinese) [陈小龙, 关 键, 刘宁波, 何 友 2010 海军航空工程学院学报 25 614]

  • [1]

    Trunk G V, George S F 1970 IEEE Tran. Aero. Elec. Sys. 6 620

    [2]

    Sayama S, Sekine M 2000 IEICE Tran. Comm. 83 1979

    [3]

    Ritchie M A, Woodbridge K, Stove A G 2010 IEEE Gros. Remo. Sens. 48 497

    [4]

    Haykin S, Heung H 1990 Appl. Phys. Lett. 56 593

    [5]

    Birx D L, Pipenberg S J 1992 IEEE International Joint Confence on Networks Baltimore, MD, Jun 7-11, 1992 p886

    [6]

    Haykin S, Li X B 1995 Proc. IEEE 83 195

    [7]

    Cui W Z, Zhu C C, Bao W X, Liu J H 2004 Acta Phys. Sin. 53 3303 (in Chinese) [崔万照, 朱长纯, 保文星, 刘君华 2004 物理学报 53 3303]

    [8]

    Mandelbrot B B 1982 The Fractal Geometry on Nature (New York:Freeman)

    [9]

    Lo T, Leung H 1993 IEE Proc. F 140 243

    [10]

    Savaidis S, Jaggard D L, Hizanidis K, Frangos P 1995 Optics letters 20 2358

    [11]

    Hu J, Gao J, Posner F L, Zheng Y, Tung W 2006 Fractals 14 189

    [12]

    Gao J B, Hu J, Tung W W, Cao Y H 2006 Physical Review E 74 066204

    [13]

    Guan J, Liu N B, Huang Y, He Y 2012 IET Radar, Sonar & Navigation 6 300

    [14]

    Shi Z G, Zhou J X, Fu Q 2006 J. Sys. Simu. 18 2289 (in Chinese) [石志广, 周剑雄, 付强 2006 系统仿真学报 18 2289]

    [15]

    Jiang B, Wang H Q, Li X, Guo G R 2006 Acta Phys. Sin. 55 3985 (in Chinese) [姜斌, 王宏强, 黎湘, 郭桂荣 2006 物理学报 55 3985]

    [16]

    Guan J, Liu N B, Zhang J, Song J 2010 J. E. I. T. 32 57 (in Chinese) [关键, 刘宁波, 张建, 宋杰 2010电子与信息学报 32 57]

    [17]

    Guan-Lei X, Xiao-Tong W, Xiao-Gang X 2010 Chin. Phys. B 19 014203

    [18]

    Wen B Y, Wang S. 2006 J. H. U. S. T (N. S. E) 34 70 (in Chinese) [文必洋, 王颂 2006 华中科技大学学报(自然科学版) 34 70]

    [19]

    Jiang B, Wang H Q, Li X, Guo G R 2007 J. Elec. Info. Tech. 29 1811 (in Chinese) [姜斌, 王宏强, 黎湘, 郭桂荣 2007电子与信息学报 29 1811]

    [20]

    Xing H Y, Gong P, Xu W 2012 Acta Phys. Sin. 61 160504 (in Chinese) [行鸿彦, 龚平, 徐伟 2012 物理学报 61 160504]

    [21]

    Xing H Y, Cheng Y Y, Xu W, Gong P 2013 IET International Conference on Information and Communications Technologies Beijing, China, April 27-29, 2013 p333

    [22]

    Xing H Y, Gong P, Xu W 2013 J. Syst. Simu. 25 1223 (in Chinese) [行鸿彦, 龚平, 徐伟 2013系统仿真学报 25 1223]

    [23]

    Mandelbrot B B, Van Ness J W 1968 SIAM Rev. 10 425

    [24]

    Lu X, Li H 1999 Chemical Engineer Journal 75 117

    [25]

    Chen X L, Liu N B, Song J, Guan J, He Y 2011 J. E. I. T. 33 827 (in Chinese) [陈小龙, 刘宁波, 宋杰, 关键, 何友 2011 电子与信息学报 33 827]

    [26]

    Peng C K, Buldyrev S V, Havlin S, Simons M, Stanley H E, Goldberger A L 1994 Physical Review E 49 1685

    [27]

    Kantelhardt J W, Zschiegner S A, Koscielny B E 2002 Physica A 316 87

    [28]

    Chen X L, Guan J, Liu N B, He Y 2010 J. N. A. A. U. 25 614 (in Chinese) [陈小龙, 关 键, 刘宁波, 何 友 2010 海军航空工程学院学报 25 614]

  • [1] 张金鹏, 张玉石, 李清亮, 吴家骥. 基于不同散射机制特征的海杂波时变多普勒谱模型. 物理学报, 2018, 67(3): 034101. doi: 10.7498/aps.67.20171612
    [2] 郭力仁, 胡以华, 董骁, 李敏乐. 运动目标激光微多普勒效应平动补偿和微动参数估计. 物理学报, 2018, 67(15): 150701. doi: 10.7498/aps.67.20172754
    [3] 行鸿彦, 张强, 徐伟. 混沌海杂波背景下的微弱信号检测混合算法. 物理学报, 2015, 64(4): 040506. doi: 10.7498/aps.64.040506
    [4] 李秀坤, 孟祥夏, 夏峙. 水下目标几何声散射回波在分数阶傅里叶变换域中的特性. 物理学报, 2015, 64(6): 064302. doi: 10.7498/aps.64.064302
    [5] 陈勇, 赵惠昌, 陈思, 张淑宁. 基于分数阶傅里叶变换的弹载SAR成像算法. 物理学报, 2014, 63(11): 118403. doi: 10.7498/aps.63.118403
    [6] 行鸿彦, 朱清清, 徐伟. 一种混沌海杂波背景下的微弱信号检测方法. 物理学报, 2014, 63(10): 100505. doi: 10.7498/aps.63.100505
    [7] 熊刚, 张淑宁, 赵慧昌. 基于小波leaders的海杂波时变奇异谱分布分析. 物理学报, 2014, 63(15): 150503. doi: 10.7498/aps.63.150503
    [8] 赵小峰, 黄思训. 大气波导条件下雷达海杂波功率仿真. 物理学报, 2013, 62(9): 099204. doi: 10.7498/aps.62.099204
    [9] 行鸿彦, 祁峥东, 徐伟. 基于选择性支持向量机集成的海杂波背景中的微弱信号检测. 物理学报, 2012, 61(24): 240504. doi: 10.7498/aps.61.240504
    [10] 刘宁波, 关键, 黄勇, 王国庆, 何友. 海杂波的分段分数布朗运动模型. 物理学报, 2012, 61(19): 190503. doi: 10.7498/aps.61.190503
    [11] 行鸿彦, 龚平, 徐伟. 海杂波背景下小目标检测的分形方法. 物理学报, 2012, 61(16): 160504. doi: 10.7498/aps.61.160504
    [12] 韩庆生, 乔耀军, 李蔚. 基于全光时域分数阶傅里叶变换的光脉冲最小损伤传输新方法. 物理学报, 2011, 60(1): 014219. doi: 10.7498/aps.60.014219
    [13] 唐智灵, 杨小牛, 李建东. 调制无线电信号的分形特征研究. 物理学报, 2011, 60(5): 056401. doi: 10.7498/aps.60.056401
    [14] 贺静波, 刘忠, 胡生亮. 基于海杂波散射特性的微弱信号检测方法. 物理学报, 2011, 60(11): 110208. doi: 10.7498/aps.60.110208
    [15] 行鸿彦, 金天力. 基于对偶约束最小二乘支持向量机的混沌海杂波背景中的微弱信号检测. 物理学报, 2010, 59(1): 140-146. doi: 10.7498/aps.59.140
    [16] 邹露娟, 汪 波, 冯久超. 一种基于混沌和分数阶傅里叶变换的数字水印算法. 物理学报, 2008, 57(5): 2750-2754. doi: 10.7498/aps.57.2750
    [17] 姜 斌, 王宏强, 黎 湘, 郭桂蓉. 海杂波背景下的目标检测新方法. 物理学报, 2006, 55(8): 3985-3991. doi: 10.7498/aps.55.3985
    [18] 邓勇, 施文康, 刘琪. 小波变换的信号分形分析及其在心电信号处理中的应用研究. 物理学报, 2002, 51(4): 759-762. doi: 10.7498/aps.51.759
    [19] 赵道木, 王绍民. 失调分数傅里叶变换及其光学作用. 物理学报, 2001, 50(10): 1935-1938. doi: 10.7498/aps.50.1935
    [20] 马兆勉, 陶纯堪. 区域分形与人工目标检测. 物理学报, 1999, 48(12): 2202-2207. doi: 10.7498/aps.48.2202
计量
  • 文章访问数:  5738
  • PDF下载量:  249
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-11-26
  • 修回日期:  2015-01-09
  • 刊出日期:  2015-06-05

/

返回文章
返回