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

海杂波背景下小目标检测的分形方法

行鸿彦 龚平 徐伟

引用本文:
Citation:

海杂波背景下小目标检测的分形方法

行鸿彦, 龚平, 徐伟

Small target detection in the background of sea clutter using fractal method

Xing Hong-Yan, Gong Ping, Xu Wei
PDF
导出引用
  • 针对海杂波背景下小目标检测对海情依赖性强的问题, 本文采用分数布朗运动模型对实测海杂波建模, 结合多重分形去势波动分析法确定分形参数, 分析了海杂波的单尺度、多重分形特性. 在单尺度分形的基础上, 利用表征海杂波分形特征的分数维和Hurst指数构建了分形差量, 提出了基于分形差量的小目标检测方法;在多重分形基础上, 比较了两种海杂波的高尺度多重分形特性. 结果表明, 当尺度q 10时, 纯海杂波的多重分形参数H(q) 0, 而存在小目标的H(q) 0, 此差异性为高尺度分形参数的海杂波背景小目标检测提供了判定依据. 所研究的两种方法均能实现不同海情下的小目标检测.
    Because the detecting of the small target in the background of sea clutter is strongly dependent on sea condition, in this article we use fractional Brownian motion to model IPIX sea clutter and combine multifractal detrended fluctuation analysis (MF-DFA) to determine the fractal parameters for analyzing fractal and multifractal property of IPIX sea clutter. Based on the fact that Hurst parameter and fractal dimension can reflect the fractal property of data, a new parameter named fractal differential which has difference when the sea clutter with or without target is defined, thereby solving the problem of small target in sea clutter background. By comparing the multifractal parameters of two sea clutter, the experimental results show that H(q) is a special value which is bigger than zero when the sea clutter has a small target but smaller than zero when the sea clutter has no target if q is bigger than ten. Another method is proposed by using the difference of H(q). Two methods in this article can solve the problem of strong dependence of detecting the small target in different sea conditions on sea condition.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61072133) 和江苏省传感网与现代气象装备 优势学科建设项目资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61072133) and the Jiangsu Sensor Network and Modern Meteorological Equipment Preponderant Discipline Platform, China.
    [1]

    Duan G, Qian Y Y, Wang Z 2009 Sci. Technol. Inform. 35 863 (in Chinese) [段刚, 钱玉莹, 王哲 2009 科技信息 35 863]

    [2]

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

    [3]

    Fay F A, Clarke J, Peters R S 1977 Proceedings of the International Conference, London, England, October 25-28, 1977 p101

    [4]

    Nohara T J, Haykin S 1991 Proc. Inst. Elect. Eng. 138 80

    [5]

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

    [6]

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

    [7]

    Haykin S, Puthusserypady S 1997 Chaos 7 777

    [8]

    Chen Y, Luo P F 2005 Rader Sci. Technol. 5 271 (in Chinese) [陈瑛, 罗鹏飞 2005 雷达科学与技术 5 271]

    [9]

    Hennessey G, Leung H, Drosopoulos A, Yip P C 2001 IEEE J Ocean Eng. 26 358

    [10]

    Jiang B, Wang H Q, Fu Y W 2007 Prog. Nat. Sci. 17 415 (in Chinese) [姜斌, 王宏强, 付耀文 2007 自然科学进展 17 415]

    [11]

    Xing H Y, Xu W 2007 Atca Phys. Sin. 56 3771 (in Chinese) [行鸿彦, 徐伟 2007 物理学报 56 3771]

    [12]

    Xing H Y, Jin T L 2010 Atca Phys. Sin. 59 140 (in Chinese) [行鸿彦, 金天力 2010 物理学报 59 140]

    [13]

    Unsworth C P, Cowper M R, McLaughlin S, Mulgrew B 2002 IEE Pro.: Radar Son. Nav. 149 105

    [14]

    Haykin S, Bakker R, Currie B W 2002 Proc. IEEE 90 860

    [15]

    Yu Z G, Vo A, Gong Z M, Long S C 2002 Chin. Phys. 11 1313

    [16]

    Han J J, Fu W J 2010 Chin. Phys. B 19 010205

    [17]

    Yang X D, Ning X B, He A J, Dou S D 2008 Atca Phys. Sin. 57 1514 (in Chinese) [杨小冬, 宁新宝, 何爱军, 都思丹 2008 物理学报 57 1514]

    [18]

    Zang B J, Shang P J 2007 Chin. Phys. 16 565

    [19]

    Lo T, Leung H, Litva J, Haykin S 1993 IEEE Proc. F 140 243

    [20]

    Hu J, Gao J B, Posner F L, Zheng Y, Tung W W 2006 Fractals 14 187

    [21]

    Hu J, Tung W W, Gao J B 2006 IEEE Trans. Antennas Propag. 54 136

    [22]

    Gao J B, Yao K 2002 Proceedings of the 2002 IEEE Radar Conference Long Beach, USA, April 25-25, 2002 p500

    [23]

    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]

    [24]

    Xu X K, Liu X M, Chen X N 2007 J. D. M. U. 33 45 (in Chinese) [许小可, 柳晓鸣, 陈晓楠 2007 大连海事大学学报 33 45]

    [25]

    Xu X K 2010 IEEE Trans. Antennas Propag. 58 1425

    [26]

    Guan J, Liu N B, Zhang J, Song J 2010 Signal Proc. 90 523

    [27]

    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]

    [28]

    Xu W, Tang S T, Zhou X C 2007 Radar Ecm. 2 27 (in Chinese) [徐伟, 唐霜天, 周希辰 2007 雷达与对抗 2 27]

    [29]

    Mandelbrot B B, Ness J W V 1968 SIAM Rev. 10 422

    [30]

    Gao J B, Cao Y H, Tung W W, Hu J 2007 Multiscale Analysis of Complex Time Series: Integration of Chaos and Random Fractal Theory, and Beyond (New York: John Wiley and Sons, Inc.) p79

    [31]

    Flandrin P 1992 IEEE Trans. Inform. Theory 38 910

    [32]

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

    [33]

    Zhou Y, Leung Y, Yu Z G 2011 Chin. Phys. B 20 090507

    [34]

    Yang P, Hou W, Feng G L 2008 Atca Phys. Sin. 57 5333 (in Chinese) [杨萍, 侯威, 封国林 2008 物理学报 57 5333]

  • [1]

    Duan G, Qian Y Y, Wang Z 2009 Sci. Technol. Inform. 35 863 (in Chinese) [段刚, 钱玉莹, 王哲 2009 科技信息 35 863]

    [2]

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

    [3]

    Fay F A, Clarke J, Peters R S 1977 Proceedings of the International Conference, London, England, October 25-28, 1977 p101

    [4]

    Nohara T J, Haykin S 1991 Proc. Inst. Elect. Eng. 138 80

    [5]

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

    [6]

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

    [7]

    Haykin S, Puthusserypady S 1997 Chaos 7 777

    [8]

    Chen Y, Luo P F 2005 Rader Sci. Technol. 5 271 (in Chinese) [陈瑛, 罗鹏飞 2005 雷达科学与技术 5 271]

    [9]

    Hennessey G, Leung H, Drosopoulos A, Yip P C 2001 IEEE J Ocean Eng. 26 358

    [10]

    Jiang B, Wang H Q, Fu Y W 2007 Prog. Nat. Sci. 17 415 (in Chinese) [姜斌, 王宏强, 付耀文 2007 自然科学进展 17 415]

    [11]

    Xing H Y, Xu W 2007 Atca Phys. Sin. 56 3771 (in Chinese) [行鸿彦, 徐伟 2007 物理学报 56 3771]

    [12]

    Xing H Y, Jin T L 2010 Atca Phys. Sin. 59 140 (in Chinese) [行鸿彦, 金天力 2010 物理学报 59 140]

    [13]

    Unsworth C P, Cowper M R, McLaughlin S, Mulgrew B 2002 IEE Pro.: Radar Son. Nav. 149 105

    [14]

    Haykin S, Bakker R, Currie B W 2002 Proc. IEEE 90 860

    [15]

    Yu Z G, Vo A, Gong Z M, Long S C 2002 Chin. Phys. 11 1313

    [16]

    Han J J, Fu W J 2010 Chin. Phys. B 19 010205

    [17]

    Yang X D, Ning X B, He A J, Dou S D 2008 Atca Phys. Sin. 57 1514 (in Chinese) [杨小冬, 宁新宝, 何爱军, 都思丹 2008 物理学报 57 1514]

    [18]

    Zang B J, Shang P J 2007 Chin. Phys. 16 565

    [19]

    Lo T, Leung H, Litva J, Haykin S 1993 IEEE Proc. F 140 243

    [20]

    Hu J, Gao J B, Posner F L, Zheng Y, Tung W W 2006 Fractals 14 187

    [21]

    Hu J, Tung W W, Gao J B 2006 IEEE Trans. Antennas Propag. 54 136

    [22]

    Gao J B, Yao K 2002 Proceedings of the 2002 IEEE Radar Conference Long Beach, USA, April 25-25, 2002 p500

    [23]

    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]

    [24]

    Xu X K, Liu X M, Chen X N 2007 J. D. M. U. 33 45 (in Chinese) [许小可, 柳晓鸣, 陈晓楠 2007 大连海事大学学报 33 45]

    [25]

    Xu X K 2010 IEEE Trans. Antennas Propag. 58 1425

    [26]

    Guan J, Liu N B, Zhang J, Song J 2010 Signal Proc. 90 523

    [27]

    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]

    [28]

    Xu W, Tang S T, Zhou X C 2007 Radar Ecm. 2 27 (in Chinese) [徐伟, 唐霜天, 周希辰 2007 雷达与对抗 2 27]

    [29]

    Mandelbrot B B, Ness J W V 1968 SIAM Rev. 10 422

    [30]

    Gao J B, Cao Y H, Tung W W, Hu J 2007 Multiscale Analysis of Complex Time Series: Integration of Chaos and Random Fractal Theory, and Beyond (New York: John Wiley and Sons, Inc.) p79

    [31]

    Flandrin P 1992 IEEE Trans. Inform. Theory 38 910

    [32]

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

    [33]

    Zhou Y, Leung Y, Yu Z G 2011 Chin. Phys. B 20 090507

    [34]

    Yang P, Hou W, Feng G L 2008 Atca Phys. Sin. 57 5333 (in Chinese) [杨萍, 侯威, 封国林 2008 物理学报 57 5333]

  • [1] 赵大帅, 孙志, 孙兴, 孙怀得, 韩柏. 基于分形理论的微间隙空气放电. 物理学报, 2021, 70(20): 205207. doi: 10.7498/aps.70.20210362
    [2] 周洁, 杨双波. 周期受击陀螺系统随时间演化波函数的多重分形. 物理学报, 2015, 64(20): 200505. doi: 10.7498/aps.64.200505
    [3] 行鸿彦, 张强, 徐伟. 海杂波FRFT域的分形特征分析及小目标检测方法. 物理学报, 2015, 64(11): 110502. doi: 10.7498/aps.64.110502
    [4] 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
    [5] 熊杰, 陈绍宽, 韦伟, 刘爽, 关伟. 基于多重分形去趋势波动分析法的交通流多重分形无标度区间自动识别方法. 物理学报, 2014, 63(20): 200504. doi: 10.7498/aps.63.200504
    [6] 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
    [7] 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
    [8] 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
    [9] 杨娟, 卞保民, 彭刚, 李振华. 随机信号双参数脉冲模型的分形特征. 物理学报, 2011, 60(1): 010508. doi: 10.7498/aps.60.010508
    [10] 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
    [11] 刘耀民, 刘中良, 黄玲艳. 分形理论结合相变动力学的冷表面结霜过程模拟. 物理学报, 2010, 59(11): 7991-7997. doi: 10.7498/aps.59.7991
    [12] 张丽, 刘树堂. 薄板热扩散分形生长的环境干扰控制. 物理学报, 2010, 59(11): 7708-7712. doi: 10.7498/aps.59.7708
    [13] 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
    [14] 姜泽辉, 赵海发, 郑瑞华. 完全非弹性蹦球倍周期运动的分形特征. 物理学报, 2009, 58(11): 7579-7583. doi: 10.7498/aps.58.7579
    [15] 张程宾, 陈永平, 施明恒, 付盼盼, 吴嘉峰. 表面粗糙度的分形特征及其对微通道内层流流动的影响. 物理学报, 2009, 58(10): 7050-7056. doi: 10.7498/aps.58.7050
    [16] 罗世华, 曾九孙. 基于多分辨分析的高炉铁水含硅量波动多重分形辨识. 物理学报, 2009, 58(1): 150-157. doi: 10.7498/aps.58.150
    [17] 孟田华, 赵国忠, 张存林. 亚波长分形结构太赫兹透射增强的机理研究. 物理学报, 2008, 57(6): 3846-3852. doi: 10.7498/aps.57.3846
    [18] 李 彤, 商朋见. 多重分形在掌纹识别中的研究. 物理学报, 2007, 56(8): 4393-4400. doi: 10.7498/aps.56.4393
    [19] 疏学明, 方 俊, 申世飞, 刘勇进, 袁宏永, 范维澄. 火灾烟雾颗粒凝并分形特性研究. 物理学报, 2006, 55(9): 4466-4471. doi: 10.7498/aps.55.4466
    [20] 苟学强, 张义军, 董万胜. 基于小波的雷暴强放电前地面电场的多重分形分析. 物理学报, 2006, 55(2): 957-961. doi: 10.7498/aps.55.957
计量
  • 文章访问数:  4261
  • PDF下载量:  733
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-10-25
  • 修回日期:  2012-02-10
  • 刊出日期:  2012-08-05

海杂波背景下小目标检测的分形方法

  • 1. 南京信息工程大学, 江苏省气象探测与信息处理重点实验室, 南京 210044;
  • 2. 南京信息工程大学电子与信息工程学院, 南京 210044
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61072133) 和江苏省传感网与现代气象装备 优势学科建设项目资助的课题.

摘要: 针对海杂波背景下小目标检测对海情依赖性强的问题, 本文采用分数布朗运动模型对实测海杂波建模, 结合多重分形去势波动分析法确定分形参数, 分析了海杂波的单尺度、多重分形特性. 在单尺度分形的基础上, 利用表征海杂波分形特征的分数维和Hurst指数构建了分形差量, 提出了基于分形差量的小目标检测方法;在多重分形基础上, 比较了两种海杂波的高尺度多重分形特性. 结果表明, 当尺度q 10时, 纯海杂波的多重分形参数H(q) 0, 而存在小目标的H(q) 0, 此差异性为高尺度分形参数的海杂波背景小目标检测提供了判定依据. 所研究的两种方法均能实现不同海情下的小目标检测.

English Abstract

参考文献 (34)

目录

    /

    返回文章
    返回