CN109444869B - 一种用于信号失配的雷达扩展目标参数可调检测器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于信号失配的雷达扩展目标参数可调检测器。该方法基于多通道自适应检测思想，引入可调参数，通过调节可调参数实现对失配信号的灵活检测。本发明首先基于多通道相控阵雷达体制，利用多个空域通道进行数据接收，确定待检测数据和训练样本数据，并利用训练样本数据形成采样协方差矩阵；再根据***需求，确定可调参数大小，进而形成参数可调自适应检测器；根据***所需的虚警概率确定检测门限；最后计算检测统计量并与门限进行比较，若高于门限，则判决目标存在，反之则不存在目标。相比于传统检测方法，该方法可通过调整可调参数实现对失配信号的稳健检测或者抑制，具有灵活的调节特性；同时，检测器本身具有CFAR特性，因此无需额外的CFAR处理过程。

Description

一种用于信号失配的雷达扩展目标参数可调检测器
技术领域
本发明涉及一种用于信号失配的雷达扩展目标参数可调检测器，特别适用于多通道有源相控阵雷达。
背景技术
雷达自诞生以来，其功能不断扩展及完善，但目标检测始终是最重要的功能之一。由于元器件制造工艺水平的限制，早期的雷达往往只有单个通道，获取到的目标信息有限，制约了雷达作战效能的发挥。相控阵雷达可通过多个阵元独立发射和接收数据，能够获取更多的信息。此外，多通道模型能够刻画不同通道之间信号的相关特性，为通过信号处理提升雷达***的性能提供了可能性。
传统及现役主战雷达均采用先滤波后恒虚警(CFAR)处理的分步检测方法进行目标检测，即先利用匹配滤波实现杂波及干扰的抑制，提高信杂噪比或信干噪比，然后对匹配滤波后的输出信号进行CFAR处理，以完成最终的目标检测，判定目标是否存在。上述分步检测方法，把所有***自由度均用于滤波器的设计，滤波后的数据仅有一个自由度，不能进一步提升检测性能。而且，分步检测需要额外的CFAR处理步骤，处理较为繁琐，代价较高。而自适应检测技术不把滤波作为一个独立的步骤，直接利用待检测数据和训练样本数据进行检测器设计，属于一体化检测方法。自适应检测技术具多个突出的优点，例如：(1)自适应检测器通常具有CFAR特性，不需要额外的CFAR处理；(2)自适应检测技术一般比分步检测技术具有更好的检测性能；(3)自适应检测器设计灵活，有多个设计准则及性能度量可用。
随着理论与制造工艺的提升，雷达的分辨力不断提高，目标回波往往占据多个距离分辨单元，此时点日标模型不再适用，而变为扩展目标。此外，对于由于相控阵雷达，数据的多通道特性在提升***自由度的同时，也带来了一定的问题，各通道之间的误差往往导致信号的导向矢量存在失配。现阶段针对扩展目标的检测，以及存在信号失配时的多通道目标检测均研究不足。
发明内容
本发明的目的在于解决多通道有源相控阵雷达存在信号失配时检测扩展目标的难题。
为了实现上述的发明目的，本发明提供了一种用于信号失配的雷达扩展目标参数可调检测器设计方法，包括以下技术步骤：
(1)基于多通道相控阵雷达体制，利用多个空域通道进行数据接收；
(2)确定待检测数据和训练样本数据，利用训练样本数据形成采样协方差矩阵；
(3)根据***需求，确定可调参数，形成参数可调自适应检测器；
(4)计算检测统计量并与门限进行比较，高于门限，则判决目标存在，反之则判决不存在目标。
本发明的优点在于：
(1)本发明基于自适应检测思想进行目标检测，相比于传统分步检测方法，具有更好的检测性能。
(2)本发明设计的检测器具有CFAR特性，无需额外的CFAR处理过程。
(3)本发明所设计的检测器可对失配信号进行灵活检测，减小可调参数可实现对失配信号的稳健检测，增加可调参数可实现对失配信号的抑制。
附图说明
图1是本发明的实施例的结构框图。图中的采样协方差矩阵计算、准白化、检测器等处理过程均可在通用可编程信号处理板上编程实现。
具体实施方式
实施本发明的原理如下：利用训练样本形成采样协方差矩阵，采样协方差矩阵对信号导向矢量和待检测数据进行准白化以消除杂波，选取合理的可调参数，形成检测器的检测统计量，根据预先设定的虚警概率值确定检测门限，把检测器的检测统计量与检测门限进行比较，若高于门限则判决目标存在，反之则不存在目标。
本发明的详细步骤如下：
(1)对于距离扩展维数为K的扩展目标，其雷达回波信号用N×K维矩阵表示为
X＝[x1，x2，…，xK] (1)
其中，N×1维列向量
Figure BSA0000176191140000023
表示扩展目标占据的第k距离单元的回波数据。
(2)利用L个训练样本，构造采样协方差矩阵
Figure BSA0000176191140000021
其中，xe，l表示第l个训练样本，上标(·)H表示共轭转置。
(3)根据***需要，选取合理的可调参数γ。若希望检测器对失配信号具有稳健检测特性，则需要满足0＜γ＜1，且γ越小越稳健；若希望检测器对失配信号具有失配敏感性(即抑制失配信号，不把失配量过大的信号作为真正感兴趣的信号)，则需要满足γ＞1，且γ越大越稳健，但γ不宜过大，需满足范围1＜γ＜3。
(4)构造如下所示的检测统计量
Figure BSA0000176191140000022
其中，s为信号导向矢量，上标(·)-1表示矩阵求逆操作。
(5)利用蒙特卡洛仿真确定检测门限并进行判决，若检测统计量大于检测门限则判定存在目标，反之则判定不存在目标，蒙特卡洛仿真运行次数为100/Pfa，其中Pfa为***预设的虚警概率。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (1)

1.一种用于信号失配的雷达扩展目标参数可调检测器，包括以下技术步骤：
(1)基于多通道相控阵雷达体制，利用多个空域通道进行数据接收；
(2)确定待检测数据和训练样本数据，利用训练样本数据形成采样协方差矩阵；
(3)根据***需求，确定可调参数，形成参数可调自适应检测器；
(4)计算检测统计量并与门限进行比较，高于门限，则判决目标存在，反之则判决不存在目标；
步骤(1)中的雷达采用多通道相控阵体制，利用多个空域通道对雷达回波信号进行接收；
步骤(3)中设计的检测器包含一个可调参数，通过减小可调参数的值可实现对失配信号的稳健检测，通过增加可调参数的值可实现对失配信号的抑制，检测器的检测统计量为
Figure FDA0003647906220000011
其中，s为信号导向矢量，
Figure FDA0003647906220000012
为采样协方差矩阵，xe,l为第l个训练样本，L为训练样本数，X＝[x1,x2,…,xK]为待检测数据，K为目标的扩展维度，非负标量γ为可调参数，上标(·)H为共轭转置，上标(·)-1为矩阵求逆操作，若需要稳健检测器，则设置0＜γ＜1，如需要失配敏感检测器则设置1＜γ＜3。
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