Sea-Surface Weak Target Detection Method Based on SPWVD-STFT

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.10.005

Abstract

Abstract:

To further improve the capability of time?frequency domain features to detect weak targets on the sea?surface， a smoothed pseudo Wigner-Ville distribution （SPWVD）-short?time Fourier transform （STFT） sea?surface weak target detection algorithm is proposed. Firstly， STFT is adopted to perform time?frequency features analysis on the echo signals， and to optimize the time?frequency features analysis results of SPWVD. The K-medoids clustering algorithm is introduced to denoise the time?frequency matrix. Then， the time?frequency features Doppler frequency stability （DFS） is extracted， and the fast convex hull learning algorithm is utilized to obtain the false alarm controllable judgment region， so as to determine the sea clutter and the target. Finally， results of experiments based on Ice multiparameter imaging X-Band radar （IPIX） measured data show that the detection probability of the proposed detection algorithm is 6.3% higher than that of the time?frequency tri?feature detector at the same false alarm rate.

Key words: sea clutter, weak target detection, time?frequency analysis, K-medoids clustering, convex hull detector

CLC Number:

TN 957.51

Yi CHENG, Yang WANG. Sea-Surface Weak Target Detection Method Based on SPWVD-STFT[J]. Journal of Northeastern University(Natural Science), 2024, 45(10): 1401-1408.

Figures/Tables 8

References 21

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编号	数据名称	风速/（km·h ^-1）	浪高/m	目标单元	影响单元	平均信杂比/dB
1	19931107_135603_starea	9	2.2	9	8,10,11	12.00
2	19931108_220902_starea	9	1.1	7	6,8	5.45
3	19931109_191449_starea	19	0.9	7	6,8	2.26
4	19931109_202217_starea	19	0.9	7	6,8,9	7.38
5	19931110_001635_starea	9	1.0	7	5,6,8	11.55
6	19931111_163625_starea	20	0.7	8	7,9,10	14.78
7	19931118_023604_stareC0000	10	1.6	8	7,9,10	5.78
8	19931118_162155_stareC0000	33	0.9	7	6,8,9	2.70
9	19931118_162658_stareC0000	33	0.9	7	6,8,9	12.5
10	19931118_174259_stareC0000	28	0.9	7	6,8,9	11.5

编号	数据名称	风速/（km·h ^-1）	浪高/m	目标单元	影响单元	平均信杂比/dB
1	19931107_135603_starea	9	2.2	9	8,10,11	12.00
2	19931108_220902_starea	9	1.1	7	6,8	5.45
3	19931109_191449_starea	19	0.9	7	6,8	2.26
4	19931109_202217_starea	19	0.9	7	6,8,9	7.38
5	19931110_001635_starea	9	1.0	7	5,6,8	11.55
6	19931111_163625_starea	20	0.7	8	7,9,10	14.78
7	19931118_023604_stareC0000	10	1.6	8	7,9,10	5.78
8	19931118_162155_stareC0000	33	0.9	7	6,8,9	2.70
9	19931118_162658_stareC0000	33	0.9	7	6,8,9	12.5
10	19931118_174259_stareC0000	28	0.9	7	6,8,9	11.5

检测器	观测时间/s		检测概率				平均检测概率
检测器	观测时间/s		HH	HV	VH	VV	平均检测概率
STFT检测器	0.512	0.249		0.267	0.309	0.350	0.294
STFT检测器	1.024	0.325		0.374	0.361	0.418	0.369
SPWVD检测器	0.512	0.557		0.561	0.558	0.534	0.553
SPWVD检测器	1.024	0.601		0.624	0.625	0.586	0.609
SPWVD-STFT检测器	0.512	0.667		0.659	0.676	0.657	0.665
SPWVD-STFT检测器	1.024	0.714		0.707	0.728	0.715	0.716
三特征检测器	0.512	0.534		0.622	0.619	0.518	0.573
三特征检测器	1.024	0.588		0.674	0.667	0.542	0.618
时频三特征检测器	0.512	0.673		0.688	0.703	0.627	0.673
时频三特征检测器	1.024	0.746		0.774	0.759	0.698	0.744
K-medoids降噪后的SPWVD-STFT检测器	0.512	0.776		0.705	0.719	0.744	0.736
K-medoids降噪后的SPWVD-STFT检测器	1.024	0.844		0.793	0.816	0.837	0.823

检测器	观测时间/s		检测概率				平均检测概率
检测器	观测时间/s		HH	HV	VH	VV	平均检测概率
STFT检测器	0.512	0.249		0.267	0.309	0.350	0.294
STFT检测器	1.024	0.325		0.374	0.361	0.418	0.369
SPWVD检测器	0.512	0.557		0.561	0.558	0.534	0.553
SPWVD检测器	1.024	0.601		0.624	0.625	0.586	0.609
SPWVD-STFT检测器	0.512	0.667		0.659	0.676	0.657	0.665
SPWVD-STFT检测器	1.024	0.714		0.707	0.728	0.715	0.716
三特征检测器	0.512	0.534		0.622	0.619	0.518	0.573
三特征检测器	1.024	0.588		0.674	0.667	0.542	0.618
时频三特征检测器	0.512	0.673		0.688	0.703	0.627	0.673
时频三特征检测器	1.024	0.746		0.774	0.759	0.698	0.744
K-medoids降噪后的SPWVD-STFT检测器	0.512	0.776		0.705	0.719	0.744	0.736
K-medoids降噪后的SPWVD-STFT检测器	1.024	0.844		0.793	0.816	0.837	0.823