CN107015205B - 一种分布式mimo雷达检测的虚假目标消除方法 - Google Patents

一种分布式mimo雷达检测的虚假目标消除方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式MIMO雷达检测的虚假目标消除方法，属于雷达技术领域，涉及分布式MIMO雷达多目标检测技术研究。本发明采用了基于栅格空间搜索的虚假目标消除方法，首先对空间检测区域进行栅格划分，并通过栅格空间搜索确定多通道检测单元及量测；对检测平面内所有栅格进行过门限判决后实现对检测平面进行检测；然后利用虚假目标消除方法进行多次迭代，依次消除真实目标对产生的虚假目标的影响，最终得到真实目标的数目与其大致位置。它有效解决了在实际应用中由于虚假目标出现淹没真实目标，降低检测正确性的问题，从而实现利用MIMO雷达对多目标的正确检测。

Description

一种分布式MIMO雷达检测的虚假目标消除方法
技术领域
本发明属于雷达技术领域，涉及分布式MIMO雷达多目标检测技术研究。
背景技术
随着电子信息技术进步，雷达和反雷达技术都突飞猛进，寻求新的力量和技术途径以提高现代雷达的探测性能，成为了雷达设计者一直追寻的目标，传统雷达已经无法满足现代需求。随着多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)通信的快速发展，人们提出了MIMO雷达的概念，现已成为雷达界研究的热点，也受到越来越多学者的关注。相对于传统雷达，MIMO雷达***具有可以从不同方向对目标进行探测的特点，可以降低目标的RCS(目标雷达截面积)闪烁，在对抗目标RCS闪烁、目标检测及参数估计性能等方面都有很大的提高。
利用分布式MIMO雷达对目标进行探测是目前目标检测领域的一各研究重点，传统的雷达检测方法主要是在感兴趣距离单元上讨论目标的存在性，但对于分布式MIMO雷达而言，由于不同收发通道的距离单元不同却又交叠，无法直接得到每个通道感兴趣的距离单元的量测值来判断目标存在性，同时由于多个通道的相互交叠，经过检测器过门限处理后，会出现大量虚警，也就是虚假目标，导致真实目标被虚假目标所淹没，检测正确性大幅降低，真实目标个数检测不准确，这些都是需要解决的问题。在文献“Grid cell baseddetection strategy for MIMO radar with widely separated subarrays,International Journal of Electronics and Communications(AEU),2012,66(9):741-751”中，提出了一种栅格划分的方法，可以确定多通道的检测单元，但该方法只考虑了单目标场景，且未考虑过门限检测判决后出现虚假目标导致真实目标被淹没的问题，缺乏一定的工程实用性。
发明内容
本发明的目的是针对MIMO雷达检测技术中存在的缺陷，研究设计一种分布式MIMO雷达检测的虚假目标消除方法，解决MIMO雷达检测时因存在虚假目标导致真实目标被淹没，检测正确性低的问题。
本发明的解决方案是采用基于栅格空间搜索的虚假目标消除方法，首先对空间检测区域进行栅格划分，并通过栅格空间搜索确定多通道检测单元及量测；对检测平面内所有栅格进行过门限判决后实现对检测平面进行检测；然后利用虚假目标消除方法进行多次迭代，依次消除真实目标对产生的虚假目标的影响，最终得到真实目标的数目与其大致位置。该方法有效解决了在实际应用中由于虚假目标出现淹没真实目标，降低检测正确性的问题，从而实现利用MIMO雷达对多目标的正确检测。
为了方便描述本发明描述的内容，首先做以下术语进行解释：
定义1.MIMO雷达
MIMO雷达是指发射天线和接收天线分置的多输入多输出雷达***。
定义2.分布式MIMO雷达
分布式MIMO雷达是指MIMO雷达天线阵列间隔足够大，分置在空间的不同位置，可获得空间分集增益，使得观测到的目标回波信号相互独立，具有空间多样性的有点。
定义3.过门限处理
过门限处理指将检测单元量测经过一定变换后得到检测统计量，并将检测统计量与计算出来的门限值进行比较，若检测统计量大于门限，则表示存在目标，否则不存在目标。
本发明提出了一种分布式MIMO雷达检测的虚假目标消除方法，它包括以下步骤：
步骤1、使用雷达发射正交信号，将接收到的含有多通道的目标回波信号通过匹配滤波进行分离；
对于空间坐标系位置为(xk,yk)k＝1,...,K处的目标反射回波，K为目标个数，位于
Figure BDA0001246143710000021
的第i个发射雷达Ti和位于
Figure BDA0001246143710000022
的第j个接收雷达Rj构成的接收通道lk，l＝1,....,L；L＝M×N接收到回波信号为ylk(t)；k表示对应的第k个目标；
Figure BDA0001246143710000023
上式中E为发射波束总能量，N为发射雷达个数，αlk为目标在lk通道的复反射系数，sik为第i个发射雷达发射到第k个目标的原始发射信号，nlk(t)为lk通道的高斯白噪声，方差为
Figure BDA0001246143710000024
对于分布式MIMO雷达，要求天线间隔足够远，不同收发通道的噪声均独立；T为观测时间间隔，τlk对应为lk通道的时延；
步骤2、采样回波信号：
对接收回波信号进行采样，输出的回波数据序列为ylk，
ylk＝[ylk[1],ylk[2],...,ylk[NT]]
其中，NT为采样点数；最终第l通道的输出回波数据序列为yl，
Figure BDA0001246143710000031
yl即对应了第l个通道的NT个距离单元的量测值；
步骤3、划分空间栅格：
将空间检测区域划分为X×Y个大小均为Δx×Δy的矩形栅格，其中X、Y分别为空间检测区域在x轴和y轴包含的栅格个数，Δx、Δy分别为每个栅格在x轴和y轴的长度；
步骤4、计算各栅格对应各雷达的距离信息r，建立栅格位置信息集，初始化目标位置集合
Figure BDA0001246143710000032
步骤5、多次迭代虚假目标消除方法将虚假目标进行消除：
步骤5-1、根据距离信息确定各栅格对应各通道的栅格搜索空间，找出栅格搜索空间对应的所有距离单元的量测信息及其包含的距离单元个数；
步骤5-2、进行栅格空间搜索，建立栅格与各通道检测单元对应的距离单元量测的检索信息I＝(Ig,Il,In)；各通道检测单元即该通道中用于目标识别的一个距离单元，Ig为栅格编号，Il为通道编号，In为对应量测编号；
步骤5-3、对各栅格联合其所有通道的检索信息，并利用这些联合检索信息对所有栅格进行过门限处理，将得到的检测区域中所有过门限的栅格构成栅格集合Z＝(z1,z2,...,zq,...,zQ)，并记录每个过门限栅格的检测统计量eq，其中Q为所有过门限栅格数，且eq＞η，η为门限，并提取出所有过门限栅格的检索信息
Figure BDA0001246143710000033
Iq为过门限栅格编号；
步骤5-4、找到Z中检测统计量最大值所在的栅格，计算该栅格位置存入目标位置集合
Figure BDA0001246143710000034
中，并根据步骤5-2中的栅格检索信息I，将该栅格对应的所有通道的量测置零；
步骤5-5、将回波数据序列yl对应的量测平面进行更新；
步骤5-6、重复此步骤前步骤5中的所有步骤，直到步骤5-2中不再有过门限的栅格时停止；
步骤6、统计步骤5中迭代次数即为检测到的真实目标个数，且各目标位置由集合
Figure BDA0001246143710000035
可以得到；通过上面的步骤，就可以实现分布式MIMO雷达检测的虚假目标的消除。
本发明的有益效果：本发明的方法对空间检测区域进行空间栅格划分，并通过栅格空间搜索确定了多通道的检测单元及量测；过门限处理后实现检测区域的检测；然后利用虚假目标消除方法进行多次迭代，依次消除真实目标对产生的虚假目标的影响，最终得到真实目标的数目与其大致位置。
本发明的优点在于可以有效的在分布式MIMO雷达中实现多通道信号级联合检测，对多通道虚假目标进行了消除，保证了空间检测区域目标检测的正确性，且对真实目标个数检测准确，还可以得到检测到的真实目标的大致位置，算法计算量小，实现简单。本发明可以应用于军事、民用等目标检测领域。
附图说明
图1为本发明提供的流程图。
图2为本发明对虚假目标描述提供的示意图。
图3为没有执行虚假目标消除步骤的仿真结果，图中除两个真实目标外还有大量虚假目标；
图4为执行了虚假目标消除步骤的仿真结果，图中红点处即为虚假目标消除后的真实目标位置。
具体实施方式
本发明主要采用计算机仿真的方法进行验证，所有步骤、结论都在MATLAB-R2012a上验证正确。具体实施步骤如下：
步骤1、使用雷达发射正交信号，将接收到的含有多通道的目标回波信号通过匹配滤波进行分离
对于空间坐标系位置为(xk,yk)(k＝1,...,K)处的目标反射回波，K为目标个数，位于
Figure BDA0001246143710000041
的发射雷达Ti和位于
Figure BDA0001246143710000042
的接收雷达Rj构成的接收通道lk(l＝1,....,L)(L＝M×N)接收到回波信号为ylk(t),
Figure BDA0001246143710000043
上式中E为发射波束总能量，N为发射雷达个数，αlk为目标在lk通道的复反射系数，sik为第i个发射雷达发射到第k个目标的原始发射信号，nlk(t)为lk通道的高斯白噪声，方差为
Figure BDA0001246143710000044
对于分布式MIMO雷达，要求天线间隔足够远，不同收发通道的噪声均独立。T为观测时间间隔，τlk对应为lk通道的时延，定义如下式：
Figure BDA0001246143710000051
其中，c为光速；
步骤2、采样回波信号：
对接收回波信号进行采样，输出的回波数据序列为ylk，
ylk＝[ylk[1],ylk[2],...,ylk[NT]]
其中，NT为采样点数。最终第l通道的输出回波数据序列为yl，
Figure BDA0001246143710000052
yl即对应了第l个通道的NT个距离单元的量测值。
步骤3、划分空间栅格：
将空间检测区域划分为X×Y个大小均为Δx×Δy的矩形栅格，其中X、Y分别为为空间检测区域在x轴(检测区域的长)和y轴(检测区域的宽)包含的栅格个数，Δx、Δy分别为每个栅格在x轴(栅格的长度)和y轴(栅格的宽度)的长度；
步骤4、计算各栅格对应各雷达的距离rr信息，建立栅格位置信息集，初始化目标位置集合
Figure BDA0001246143710000053
步骤5、多次迭代虚假目标消除方法将虚假目标进行消除：
5-1)根据距离信息确定各栅格对应各通道的栅格搜索空间，找出栅格搜索空间对应的所有距离单元的量测信息及其包含的距离单元个数；
5-2)进行栅格空间搜索，建立栅格与各通道检测单元对应的距离单元量测的检索信息I＝(Ig,Il,In)。Ig为栅格编号，Il为通道编号，In为对应量测编号；
5-3)利用步骤5-2)得到的检索信息对所有栅格进行过门限处理，将得到的检测区域中所有过门限的栅格构成栅格集合Z＝(z1,z2,...,zq,...,zQ)，并记录每个过门限的栅格的检测统计量eq，其中Q为所有过门限栅格数，且eq＞η(η为门限)，并提取出所有过门限栅格的检索信息
Figure BDA0001246143710000061
Iq为过门限栅格编号；
5-4)找到Z中检测统计量最大值所在的栅格，计算该栅格位置存入目标位置集合
Figure BDA0001246143710000063
中，并根据步骤5-3)中的栅格检索信息
Figure BDA0001246143710000062
将其对应的所有通道的量测置零；
5-5)将回波数据序列yl对应的量测平面进行更新；
5-6)重复此步骤前步骤5中的所有步骤，直到步骤5-2)中不再有过门限的栅格时停止，即eq＜η。
步骤6、统计步骤5中迭代次数即为检测到的真实目标个数，且目标大致位置由集合
Figure BDA0001246143710000064
可以得到。
通过上面的步骤，就可以实现分布式MIMO雷达协同检测的虚假目标的消除。
在上述仿真中，没有执行虚假目标消除步骤与执行了该步骤的仿真对比结果如图2所示。由图2可知，在过门限处理之后，存在大量由强目标能量覆盖的位置或多通道检测单元交叠产生的虚假目标，经过以上虚假目标消除方法可以有效地消除这些虚假目标对真实目标检测的影响，最终检测到真实目标，并得到真实目标的个数及大致位置，完成分布式MIMO雷达多通道联合检测。
通过本发明的具体实施可以看出，该方法充分利用了分布式MIMO雷达多通道的目标回波信息，实现了对分布式MIMO雷达多通道检测产生的虚假目标的有效消除，从而正确检测出真实目标，且得到真实目标个数及其大致位置。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种分布式MIMO雷达检测的虚假目标消除方法，它包括以下步骤：
步骤1、使用雷达发射正交信号，将接收到的含有多通道的目标回波信号通过匹配滤波进行分离；
对于空间坐标系位置为(xk,yk)k＝1,...,K处的目标反射回波，K为目标个数，位于
Figure FDA0002206142480000011
的第i个发射雷达Ti和位于
Figure FDA0002206142480000012
的第j个接收雷达Rj构成的接收通道lk，l＝1,....,L；L＝M×N接收到回波信号为ylk(t)；k表示对应的第k个目标；
Figure FDA0002206142480000013
上式中E为发射波束总能量，N为发射雷达个数，αlk为目标在lk通道的复反射系数，sik为第i个发射雷达发射到第k个目标的原始发射信号，nlk(t)为lk通道的高斯白噪声，方差为
Figure FDA0002206142480000014
对于分布式MIMO雷达，要求天线间隔足够远，不同收发通道的噪声均独立；τlk对应为lk通道的时延；
步骤2、采样回波信号：
对接收回波信号进行采样，输出的回波数据序列为ylk，
ylk＝[ylk[1],ylk[2],...,ylk[NT]]
其中，NT为采样点数；最终第l通道的输出回波数据序列为yl，
Figure FDA0002206142480000015
yl即对应了第l个通道的NT个距离单元的量测值；
步骤3、划分空间栅格：
将空间检测区域划分为X×Y个大小均为Δx×Δy的矩形栅格，其中X、Y分别为空间检测区域在x轴和y轴包含的栅格个数，Δx、Δy分别为每个栅格在x轴和y轴的长度；
步骤4、计算各栅格对应各雷达的距离信息r，建立栅格位置信息集，初始化目标位置集合
Figure FDA0002206142480000016
步骤5、多次迭代虚假目标消除方法将虚假目标进行消除：
步骤5-1、根据距离信息确定各栅格对应各通道的栅格搜索空间，找出栅格搜索空间对应的所有距离单元的量测信息及其包含的距离单元个数；
步骤5-2、进行栅格空间搜索，建立栅格与各通道检测单元对应的距离单元量测的检索信息I＝(Ig,Il,In)；各通道检测单元即该通道中用于目标识别的一个距离单元，Ig为栅格编号，Il为通道编号，In为对应量测编号；
步骤5-3、对各栅格联合其所有通道的检索信息，并利用这些联合检索信息对所有栅格进行过门限处理，将得到的检测区域中所有过门限的栅格构成栅格集合Z＝(z1,z2,...,zq,...,zQ)，并记录每个过门限栅格的检测统计量eq，其中Q为所有过门限栅格数，且eq＞η，η为门限，并提取出所有过门限栅格的检索信息
Figure FDA0002206142480000021
Iq为过门限栅格编号；
步骤5-4、找到Z中检测统计量最大值所在的栅格，计算该栅格位置存入目标位置集合
Figure FDA0002206142480000023
中，并根据步骤5-2中的栅格检索信息I，将该栅格对应的所有通道的量测置零；
步骤5-5、将回波数据序列yl对应的量测平面进行更新；
步骤5-6、重复此步骤前步骤5中的所有步骤，直到步骤5-2中不再有过门限的栅格时停止；
步骤6、统计步骤5中迭代次数即为检测到的真实目标个数，且各目标位置由集合
Figure FDA0002206142480000022
可以得到；通过上面的步骤，就可以实现分布式MIMO雷达检测的虚假目标的消除。
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