本发明提供一种恒虚警目标检测方法和系统，其方法包括：获得以探测阵列为中心、关于频率、方向和虚警率的、满足恒虚警率的空间谱检测门限集合和对应的空间谱模板集合；获得当前探测目标的探测频率、探测空间谱和探测定向结果；获得与探测频率和探测定向结果相对应的检测空间谱；计算检测空间谱与探测空间谱所对应的探测空间谱门限；获得与探测频率和探测定向结果相对应的检测空间谱检测门限；判断探测空间谱门限是否大于检测空间谱门限，若否，则判定当前探测目标存在，若是，则判定当前探测目标不存在。本发明在定向环节中对空间谱开展进一步分析检测，利用空间定向信息提升低信噪比和极低信噪比情况下的目标检测能力。
1.一种恒虚警目标检测方法，其特征在于，包括：获得以探测阵列为中心、关于频率、方向和虚警率的、满足恒虚警率的空间谱检测门限集合和对应的空间谱模板集合，包括以下步骤：步骤11、获得历史探测目标的特征频率范围 其中，fL为特征频率的下限，fH为特征频率上限；
步骤12、根据所述特征频率范围内的某一频率f，获得正弦信号s(f)；
步骤13、根据探测阵列的阵列流型和所述正弦信号s(f)获得某一方向上θ∈Θ的阵列信号S(f，θ)，其中，Θ为以所述探测阵列为中心的所有方向角的集合；
步骤14、对所述阵列信号S(f，θ)的各个通道叠加噪声信号，获得带噪阵列信号Xi(f，θ)＝S(f，θ)+Ni，i＝1，2，3...M，其中，Ni为第i次添加噪声时的多通道噪声，M为计算次数；
步骤15、根据所述带噪阵列信号Xi(f，θ)对所述历史探测目标进行定向处理，获得归一化空间谱Pi(f,θ)和定向结果θi；
步骤16、根据所述定向结果θi和预设的定向精度阈值α计算虚警率DF和平均空间谱P(f，θ)；
步骤17、判断所述虚警率是否不大于预设的虚警率阈值，若所述虚警率大于预设的虚警率阈值，则调整信噪比，并转至步骤14，若所述虚警率不大于预设的虚警率阈值，则转至步骤18；
步骤18、根据所述满足预设的虚警率要求的归一化空间谱、定向结果和虚警率获得满足恒虚警率的空间谱检测门限ρ(f，θ，DF)；
步骤19、根据预设的角度间隔和频率间隔调整角度和频率，重复步骤12-18，遍历方向角的集合Θ和特征频率范围 获得以所述探测阵列为中心、关于频率、方向和虚警率的、满足恒虚警率的空间谱检测门限集合ρ(F,Θ,DF)和对应的空间谱模板集合P(F,Θ,DF)；
获得当前探测目标的探测频率、探测空间谱和探测定向结果；
根据所述探测频率和探测定向结果在所述空间谱模板集合中检索，获得与所述探测频率和探测定向结果相对应的检测空间谱；
计算所述检测空间谱与所述探测空间谱所对应的探测空间谱门限；
根据所述探测频率和探测定向结果在所述空间谱检测门限集合中检索，获得与所述探测频率和探测定向结果相对应的检测空间谱检测门限；
判断所述探测空间谱门限是否大于所述检测空间谱门限，若所述探测空间谱门限不大于所述检测空间谱门限，则判定当前探测目标存在，若所述探测空间谱门限大于所述检测空间谱门限，则判定当前探测目标不存在。
2.根据权利要求1所述恒虚警目标检测方法，其特征在于，步骤12中，所述正弦信号s(f)为：其中，n为采样率。
3.根据权利要求1所述恒虚警目标检测方法，其特征在于，步骤13中，所述阵列信号S(f，θ)为：其中，r是阵列的阵元半径，c是声速，K是阵列的阵元个数。
4.根据权利要求1所述恒虚警目标检测方法，其特征在于，步骤14中，计算次数M为250-
5.根据权利要求1所述恒虚警目标检测方法，其特征在于，采用波束形成法或多重子空间分类法对所述历史探测目标进行定向处理。
6.根据权利要求1所述恒虚警目标检测方法，其特征在于，步骤16包括：计算定向误差Δθ：
7.根据权利要求6所述恒虚警目标检测方法，其特征在于，步骤18包括：计算定向误差；
提取定向误差不大于预设的定向精度阈值的归一化空间谱、定向结果和虚警率；
计算所述归一化空间谱与所述平均空间谱间的欧式距离：ρi(P(f,θ,DF),Pi(f,θ,DF))；
根据所述归一化空间谱与所述平均空间谱间的欧式距离，计算满足恒虚警率的空间谱检测门限ρ(f，θ，DF)：
8.根据权利要求6所述恒虚警目标检测方法，其特征在于，步骤19中，所述预设的角度间隔θ′等于预设的定向精度α。
9.一种恒虚警目标检测系统，其特征在于，包括：模板存储单元，所述模板存储单元用于存储以探测阵列为中心、关于频率、方向和虚警率的、满足恒虚警率的空间谱检测门限集合和对应的空间谱模板集合；
探测阵列，所述探测阵列用于获得当前探测目标的探测频率、探测空间谱和探测定向结果；
第一检索单元，所述第一检索单元分别与所述模板存储单元和探测阵列相连，用于根据所述探测频率和探测定向结果在所述空间谱模板集合中检索，获得与所述探测频率和探测定向结果相对应的检测空间谱；
探测空间谱门限获取单元，所述探测空间谱门限获取单元与所述第一检索单元相连，用于接收所述检测空间谱与所述探测空间谱，并计算所述检测空间谱与所述探测空间谱所对应的探测空间谱门限；
第二检索单元，所述第二检索单元分别与所述模板存储单元和探测阵列相连，用于根据所述探测频率和探测定向结果在所述空间谱检测门限集合中检索，获得与所述探测频率和探测定向结果相对应的检测空间谱检测门限；
目标判定单元，所述目标判定单元分别与所述探测空间谱门限获取单元和第二检索单元相连，用于判断所述探测空间谱门限是否大于所述检测空间谱门限，若所述探测空间谱门限不大于所述检测空间谱门限，则判定当前探测目标存在，若所述探测空间谱门限大于所述检测空间谱门限，则判定当前探测目标不存在。
一种恒虚警目标检测方法和系统
技术领域
[0001] 本发明涉及低空目标检测技术领域，尤其涉及一种恒虚警目标检测方法和系统。
背景技术
[0002] 在目标探测定向过程中，目标检测和定向顺序构成目标探测定向的基本流程。
[0003] 目标检测采用时、频域分析或综合分析，检测包括波形、能量、频谱构成和变化特征等重要参量，确定目标有无。目标定向通常采用传感器阵列相控扫描空间方位，依据波束主极大定向；或采用现代信号处理方法进行信号空间分析，解算目标方向。
[0004] 通常探测系统设计为先检测后定向，但信噪比较低或极低的条件下，仅依据目标检测已经难于抑制探测虚警，特别是噪声水平较高的情况，此时定向的空间谱形式十分复杂、伪峰增多，不利于确定目标方位，导致探测虚警升高。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种恒虚警目标检测方法和系统，以解决上述问题。
[0006] 所述恒虚警目标检测方法，包括：
[0007] 获得以探测阵列为中心、关于频率、方向和虚警率的、满足恒虚警率的空间谱检测门限集合和对应的空间谱模板集合；
[0008] 获得当前探测目标的探测频率、探测空间谱和探测定向结果；
[0009] 根据所述探测频率和探测定向结果在所述空间谱模板集合中检索，获得与所述探测频率和探测定向结果相对应的检测空间谱；
[0010] 计算所述检测空间谱与所述探测空间谱所对应的探测空间谱门限；
[0011] 根据所述探测频率和探测定向结果在所述空间谱检测门限集合中检索，获得与所述探测频率和探测定向结果相对应的检测空间谱检测门限；
[0012] 判断所述探测空间谱门限是否大于所述检测空间谱门限，
[0013] 若所述探测空间谱门限不大于所述检测空间谱门限，则判定当前探测目标存在，[0014] 若所述探测空间谱门限大于所述检测空间谱门限，则判定当前探测目标不存在。
[0015] 本发明还公开了一种恒虚警目标检测系统，包括：
[0016] 模板存储单元，所述模板存储单元用于存储以探测阵列为中心、关于频率、方向和虚警率的、满足恒虚警率的空间谱检测门限集合和对应的空间谱模板集合；
[0017] 探测阵列，所述探测阵列用于获得当前探测目标的探测频率、探测空间谱和探测定向结果；
[0018] 第一检索单元，所述第一检索单元分别与所述模板存储单元和探测阵列相连，用于根据所述探测频率和探测定向结果在所述空间谱模板集合中检索，获得与所述探测频率和探测定向结果相对应的检测空间谱；
[0019] 探测空间谱门限获取单元，所述探测空间谱门限获取单元与所述第一检索单元相连，用于接收所述检测空间谱与所述探测空间谱，并计算所述检测空间谱与所述探测空间谱所对应的探测空间谱门限；
[0020] 第二检索单元，所述第二检索单元分别与所述模板存储单元和探测阵列相连，用于根据所述探测频率和探测定向结果在所述空间谱检测门限集合中检索，获得与所述探测频率和探测定向结果相对应的检测空间谱检测门限；
[0021] 目标判定单元，所述目标判定单元分别与所述探测空间谱门限获取单元和第二检索单元相连，用于判断所述探测空间谱门限是否大于所述检测空间谱门限，若所述探测空间谱门限不大于所述检测空间谱门限，则判定当前探测目标存在，若所述探测空间谱门限大于所述检测空间谱门限，则判定当前探测目标不存在。
[0022] 可见，本发明提出了一种恒虚警目标检测方法在获得探测目标的探测频率、探测空间谱和探测定向结果后，再根据预先获得的空间谱检测门限集合和对应的空间谱模板集合进行对空间谱开展进一步分析检测，以判定检测目标是否存在。即在定向环节中对空间谱开展进一步分析检测，利用空间定向信息提升低信噪比和极低信噪比情况下的目标检测能力。该方法能够降低探测虚警，并且对于提升探测系统的远距离检测定向能力有重要意义。
附图说明
[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024] 图1为本发明实施例提供的一种恒虚警目标检测方法流程图；
[0025] 图2为本发明实施例提供的一种获得空间谱检测门限集合和对应的空间谱模板集合的流程图；
[0026] 图3为本发明实施例提供的一种恒虚警目标检测系统示意图。
具体实施方式
[0027] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域谱通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028] 发明人经研究发现，现有的基于先目标检测再定向的目标检测处理流程，其定向环节不再进行检测，缺失了通过空间谱信息进行目标检测的重要设计。所以，如果能够针对空间谱特征开展分析检测，则可以进一步提高目标检测水平，抑制虚警。
[0029] 基于上述发现，本发明公开了一种恒虚警目标检测方法和系统。
[0030] 实施例一
[0031] 本实施例公开了一种恒虚警目标检测方法，如图1所示，包括：
[0032] 获得以探测阵列为中心、关于频率、方向和虚警率的、满足恒虚警率的空间谱检测门限集合和对应的空间谱模板集合；
[0033] 获得当前探测目标的探测频率、探测空间谱和探测定向结果；
[0034] 根据所述探测频率和探测定向结果在所述空间谱模板集合中检索，获得与所述探测频率和探测定向结果相对应的检测空间谱；
[0035] 计算所述检测空间谱与所述探测空间谱所对应的探测空间谱门限；
[0036] 根据所述探测频率和探测定向结果在所述空间谱检测门限集合中检索，获得与所述探测频率和探测定向结果相对应的检测空间谱检测门限；
[0037] 判断所述探测空间谱门限是否大于所述检测空间谱门限，
[0038] 若所述探测空间谱门限不大于所述检测空间谱门限，则判定当前探测目标存在，[0039] 若所述探测空间谱门限大于所述检测空间谱门限，则判定当前探测目标不存在。
[0040] 其中，如图2所示，所述获得关于频率、方向和虚警率的、满足恒虚警率的空间谱检测门限集合和对应的空间谱模板集合的过程，包括：
[0041] 步骤11、获得历史探测目标的特征频率范围 其中，fL为特征频率的下限，fH为特征频率上限。所述历史探测目标为当前探测目标之前的探测目标，对其探测结果进行统计的目的是为当前探测目标的探测提供参考依据。所述历史探测目标的特征频率范围即为探测阵列所能探测到的目标频率范围。
[0042] 步骤12、根据所述特征频率范围内的某一频率f，获得正弦信号s(f)。此步骤中，所述正弦信号s(f)为：
[0043] 其中，n为采样率。
[0044] 步骤13、根据探测阵列的阵列流型和所述正弦信号s(f)获得某一方向上θ∈Θ的阵列信号S(f，θ)，其中，Θ为以所述探测阵列为中心的所有方向角的集合，即所述阵列信号S(f，θ)为：
[0045] 其中，r是阵列的阵元半径，c是声速，K是阵列的阵元个数。
[0046] 本实施例中，以12元水平圆阵阵列为例，取θ为0，即位于探测阵列0度方向上的历史探测目标，K＝12。
[0047] 需要说明的是，本方法适用于任何其它形式的阵列，例如线阵、十字阵和其它各种阵列等。并且适用于任何其它形式的传感探测手段，例如空气声探测、水声探测和雷达探测等。
[0048] 步骤14、对所述阵列信号S(f，θ)的各个通道叠加噪声信号，获得带噪阵列信号Xi(f，θ)＝S(f，θ)+Ni，i＝1，2，3...M，其中，Ni为第i次添加噪声时的多通道噪声，M为计算次数。本实施例中，取计算次数M为250-350，本实施例中，所述计算次数为300。所述步骤14中，对所述阵列信号S(f，θ)叠加的各个通道噪声信号的信噪比是相同的，此时是考虑低信噪比下的白噪声对阵列信号S(f，θ)的影响。而且各通道噪声信号不相关。
[0049] 步骤15、根据所述带噪阵列信号Xi(f，θ)对所述历史探测目标进行定向处理，获得归一化空间谱Pi(f,θ)和定向结果θi。本实施例中，可以采用波束形成法或多重子空间分类法对所述历史探测目标进行定向处理。其中，所述多重子空间分类法基本思想是将任意基阵输出数据的协方差矩阵进行特征值分解，从而得到与信号分量相对应的信号子空间和与信号分量相正交的噪声子空间，然后利用这两个子空间的正交性来估计信号的方位。
[0050] 此外，本实施例还可以采用其他定向方法对所述历史探测目标进行定向处理，在此不做具体限制。
[0051] 步骤16、根据所述定向结果θi和预设的定向精度阈值α计算虚警率DF和平均空间谱P(f，θ)。
[0052] 所述步骤16具体包括：
[0053] 计算定向误差Δθ：
[0054] Δθ＝|θi-θ|；
[0055] 统计Δθ≤α的次数m；
[0056] 计算虚警率DF：
[0057] DF＝(M-m)/M；
[0058] 计算平均空间谱P(f，θ)：
[0059]
[0060] 步骤17、判断所述虚警率是否不大于预设的虚警率阈值，
[0061] 若所述虚警率大于预设的虚警率阈值，则调整信噪比，并转至步骤14，[0062] 若所述虚警率不大于预设的虚警率阈值，则转至步骤18。
[0063] 步骤18、根据所述满足预设的虚警率要求的归一化空间谱、定向结果和虚警率获得满足恒虚警率的空间谱检测门限ρ(f，θ，DF)。
[0064] 步骤18具体包括：
[0065] 计算定向误差；
[0066] 提取定向误差不大于预设的定向精度阈值的归一化空间谱、定向结果和虚警率；
[0067] 计算所述归一化空间谱与所述平均空间谱间的欧式距离：
[0068] ρi(P(f,θ,DF),Pi(f,θ,DF))；
[0069] 根据所述归一化空间谱与所述平均空间谱间的欧式距离，计算满足恒虚警率的空间谱检测门限ρ(f，θ，DF)：
[0070]
[0071] 步骤19、根据预设的角度间隔θ′和频率间隔f′调整角度和频率，重复步骤12-18，遍历方向角的集合Θ和特征频率范围 获得以所述探测阵列为中心、关于频率、方向和虚警率的、满足恒虚警率的空间谱检测门限集合ρ(F,Θ,DF)和对应的空间谱模板集合P(F,Θ,DF)。本实施例中，所述空间谱模板是基于系统虚警率计算得到的空间谱模板。所述预设的角度间隔θ′等于预设的定向精度α。
[0072] 可见，本实施例提出的恒虚警目标检测方法在获得探测目标的探测频率、探测空间谱和探测定向结果后，再根据预先获得的空间谱检测门限集合和对应的空间谱模板集合进行对空间谱开展进一步分析检测，以判定检测目标是否存在。即在定向环节中对空间谱开展进一步分析检测，利用空间定向信息提升低信噪比和极低信噪比情况下的目标检测能力。该方法能够降低探测虚警，并且对于提升探测系统的远距离检测定向能力有重要意义。
[0073] 实施例二
[0074] 本实施例提供了一种恒虚警目标检测系统，如图3所示，包括：
[0075] 模板存储单元，所述模板存储单元用于存储以探测阵列为中心、关于频率、方向和虚警率的、满足恒虚警率的空间谱检测门限集合和对应的空间谱模板集合。所述以探测阵列为中心、关于频率、方向和虚警率的、满足恒虚警率的空间谱检测门限集合和对应的空间谱模板集合通过实施例一中所述方法获得。
[0076] 探测阵列，所述探测阵列用于获得当前探测目标的探测频率、探测空间谱和探测定向结果。本实施例中，所述探测阵列既可以为多元水平阵阵列，也可以为多远立体阵列。
[0077] 第一检索单元，所述第一检索单元分别与所述模板存储单元和探测阵列相连，用于根据所述探测频率和探测定向结果在所述空间谱模板集合中检索，获得与所述探测频率和探测定向结果相对应的检测空间谱。
[0078] 探测空间谱门限获取单元，所述探测空间谱门限获取单元与所述第一检索单元相连，用于接收所述检测空间谱与所述探测空间谱，并计算所述检测空间谱与所述探测空间谱所对应的探测空间谱门限；
[0079] 第二检索单元，所述第二检索单元分别与所述模板存储单元和探测阵列相连，用于根据所述探测频率和探测定向结果在所述空间谱检测门限集合中检索，获得与所述探测频率和探测定向结果相对应的检测空间谱检测门限。
[0080] 目标判定单元，所述目标判定单元分别与所述探测空间谱门限获取单元和第二检索单元相连，用于判断所述探测空间谱门限是否大于所述检测空间谱门限，若所述探测空间谱门限不大于所述检测空间谱门限，则判定检测目标存在，若所述探测空间谱门限大于所述检测空间谱门限，则判定检测目标不存在。
[0081] 以上对本发明所提供探测仿真装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
