無輔助數(shù)據(jù)的距離擴展目標極化自適應(yīng)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于目標檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種距離擴展目標檢測方法，可用于寬 帶雷達體制下的目標檢測。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常寬帶雷達目標的長度要大于寬帶雷達的距離分辨單元尺寸，因此寬帶雷達檢 測的目標不再呈現(xiàn)為點目標。寬帶雷達下的目標通常被稱為分布式目標或者距離擴展目 標。由于雷達目標的材料、結(jié)構(gòu)等因素的影響，目標各個部分對電磁波的散射強度不一樣， 所以距離擴展目標的回波往往比點目標回波攜帶著更加詳細豐富的目標信息，充分利用這 些回波可以很好地提高對目標的檢測能力。寬帶雷達通過同極化HH，HV通道和交叉極化 VH，VV通道接收到的雷達極化回波攜帶著目標更多的特征信息，而且每個極化通道有不同 的統(tǒng)計特性：不同的平均功率、不同的尖峰和不同的譜特性。因此同時利用這些極化回波數(shù) 據(jù)能夠更近一步地提高檢測器對距離擴展目標的檢測性能。
[0003] 傳統(tǒng)的距離擴展目標自適應(yīng)檢測采用的是兩步法，其主要思想：第一步假設(shè)雜波 的協(xié)方差矩陣是已知的，采用廣義似然比檢驗、Rao檢驗或者Wald檢驗等得到非自適應(yīng)目 標檢測器；第二步是利用在雷達目標回波周圍得到的純雜波作為輔助數(shù)據(jù)單元，通過估計 協(xié)方差矩陣算法得到雜波的協(xié)方差矩陣，并將該協(xié)方差矩陣代入上一步得到的檢測器中得 到自適應(yīng)檢測器。為了得到好的目標檢測效果，用這種方法得到的自適應(yīng)檢測器都需要利 用足夠的輔助數(shù)據(jù)去估計雜波的協(xié)方差矩陣，而且要求輔助數(shù)據(jù)與主數(shù)據(jù)獨立同分布。然 而由于在實際應(yīng)用中很難獲得大量的輔助數(shù)據(jù)，因此通過估計算法得到的雜波的協(xié)方差矩 陣與實際的雜波協(xié)方差矩陣相差甚大，繼而造成了使用兩步法的檢測器的檢測性能出現(xiàn)嚴 重損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提出一種無輔助數(shù)據(jù)的距離擴展目標極 化自適應(yīng)檢測方法，以提高在無輔助數(shù)據(jù)情況下的目標檢測性能。
[0005] 為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下步驟：
[0006] (1)利用二元假設(shè)描述雷達目標檢測問題；
[0007]
[0008] 其中，H。表示無雷達目標存在；1^表示有雷達目標存在；z為待檢測信號，表示為 z ，zMH表示相同水平極化HH通道第k個距離單元的回波數(shù)據(jù)，表示為 Zk,m=[zk,HH(0)，. . .，zk,HH(N-l)]T，zMV表示交叉極化HV通道第k個距離單元的回波數(shù)據(jù)， 表示為zk,HV=[zMv(0),. . .，zMV(N-l)]T，zk,vv表示相同垂直極化VV通道第k個距離單元 的回波數(shù)據(jù)，表示為zkiVV=[zkiVV(0)，. . .，zMV (N-l)]T，N表示雷達發(fā)射脈沖數(shù);M表示雷達 目標分布的距離單元數(shù)；ck為雜波信號；S為已知的3NX3維導向矢量
[0009]
[0010] 其中P'為各個極化通道的導向矢量，表示為p' = [l，，...，e]2"fd((R1)) r的范圍為1彡r彡N，心為目標的歸一化多普勒頻率；復矢量
為未知的確定參數(shù)，反映目標和通道的極化特性，aMH表示相同水 平極化HH通道的參數(shù)，aMV表示交叉極化HV通道的參數(shù)，aMV表示相同垂直極化VV通 道的參數(shù)；（〇T表示轉(zhuǎn)置操作。
[0011] (2)根據(jù)自回歸AR模型構(gòu)建各個極化通道的雜波信號為：
[0012]
[0013] 其中：F為已知的自回歸AR模型的階數(shù)，A= [A(1)，...，A(B)，...，A(F)]表示未 知的自回歸AR系數(shù)矩陣，B的范圍為KB<F，ekil是i極化通道第k個距離單元的均 值為零、方差為^的復白高斯噪聲，#表示為k,⑴表示i極化通道第k個 距離單元第t個脈沖的雜波數(shù)據(jù)；
[0014] (3)利用Wald檢驗方法，得到無輔助數(shù)據(jù)的距離擴展目標極化自適應(yīng)檢測器。
[0015] (4)利用蒙特卡洛實驗確定檢測器的檢測門限Y:
[0016] (5)將雷達回波數(shù)據(jù)帶入到檢測器中得到檢測統(tǒng)計量G，比較檢測統(tǒng)計量G與檢測 門限y的大小，如果G多y，則判定目標存在；反之，則判定目標不存在。
[0017] 本發(fā)明的有益效果為：
[0018]1)本發(fā)明由于采用了多個極化通道的雷達回波數(shù)據(jù)，有效地提高了檢測器的檢測 性能；
[0019] 2)本發(fā)明采用Wald檢驗，只需要用最大似然估計估計有目標假設(shè)下的未知參數(shù)， 減少了計算復雜度；
[0020] 3)本發(fā)明利用自回歸AR模型表示雷達雜波，使得在無輔助數(shù)據(jù)的情況下，檢測器 具有良好的檢測效果。
【附圖說明】
[0021 ] 圖1為本發(fā)明的實現(xiàn)流程圖；
[0022] 圖2為使用最小預(yù)測誤差定階準則FPE對雷達實測數(shù)據(jù)中第16個距離單元的數(shù) 據(jù)確定自回歸AR模型的階數(shù)；
[0023] 圖3為在確定的自回歸AR模型階數(shù)下，采用現(xiàn)有非參數(shù)估計Welch方法和自回歸 AR模型估計的雷達實測數(shù)據(jù)功率譜曲線；
[0024] 圖4為在多種不同的雷達目標模型下，采用本發(fā)明和在目標模型Ml下利用現(xiàn)有檢 測方法得出的信雜比與雷達目標檢測概率的關(guān)系曲線圖；
[0025]圖5為在不同自回歸AR模型階數(shù)下，采用本發(fā)明得出的信雜比與雷達目標檢測概 率的關(guān)系曲線圖；
[0026] 圖6為在不同紋理分量形狀參數(shù)下，采用本發(fā)明得出的信雜比與雷達目標檢測概 率的關(guān)系曲線圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明：
[0028]參照圖1，本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下：
[0029] 步驟1，采用二元假設(shè)描述雷達目標檢測問題。
[0030] 由于雷達目標可能存在或不存在，故可利用二元假設(shè)描述雷達目標檢測問題：
[0031]
[0032] 其中，H。表示無雷達目標存在；1^表示有雷達目標存在；z為待檢測信號，表示為 z= [Z[冊，<抓,Z[rr ]T，zMH表示相同水平極化HH通道第k個距離單元的回波數(shù)據(jù)，表示為 Zk,m=[zk,HH(0)，. . .，zk,HH(N-l)]T，zMV表示交叉極化HV通道第k個距離單元的回波數(shù)據(jù)， 表示為zk,HV=[zMv(0),. . .，zMV(N-l)]T，zk,vv表示相同垂直極化VV通道第k個距離單元 的回波數(shù)據(jù)，表示為zkiVV=[zkiVV (0)，. . .，zMV (N-l) ]T，N表示雷達發(fā)射脈沖數(shù);M表示雷達 目標分布的距離單元數(shù)；ck為雜波信號，表示為;s為已知的3NX3維 導向矢量，
[0033]
[0034] 其中p'為各個極化通道的導向矢量，表示為p' =[l，，...，e]2"fd(ai)) ，...，e]2"fd(N1)]T，L的范圍為1彡L彡N，心為目標的歸一化多普勒頻率；復矢量 % = f為未知的確定參數(shù)，反映目標和通道的極化特性，akHH表示相同水 平極化HH通道的參數(shù)，aMV表示交叉極化HV通道的參數(shù)，aMV表示相同垂直極化VV通 道的參數(shù)；（〇T表示轉(zhuǎn)置操作。
[0035] 步驟2,根據(jù)自回歸AR模型構(gòu)建各個極化通道的雜波信號。
[0036] (2. 1)設(shè)置各極化通道的雜波數(shù)據(jù)向量cMH，cMJPck,vv，其中：
[0037]cMH表示相同水平極化通道HH的第k個距離單元的雜波數(shù)據(jù)，
[0038]cMV表示交叉極化通道HV的第k個距離單元的雜波數(shù)據(jù)，
[0039]ctvv表示相同垂直極化通道的VV第k個距離單元的雜波數(shù)據(jù)；
[0040] (2. 2)假設(shè)上述雜波數(shù)據(jù)向量cMH、cMV、ck,vv，k= 1，…，M服從復合高斯分布，使 用球不變向量模型將上述各極化通道雜波數(shù)據(jù)表示為：
[0041]
<2>
[0042] 其中：
[0043] tkl為i極化通道第k個距離單元雜波的紋理分量，具有極化域和空間域的相關(guān) 性；
[0044]ntl表示i極化通道第k個距離單元的雜波的散斑分量，是均值為零和協(xié)方差矩陣 為R的復高斯向量，并且在每個距離單元之間相互統(tǒng)計獨立，其在空間域無相關(guān)性，但在極 化域具有相關(guān)性；
[0045](2. 3)使用自回歸AR模型構(gòu)建上述散斑分量nk,i:
[0046]
<3>
[0047] 其中：F為已知的自回歸AR模型的階數(shù);A= [A(1)，...，A(B)，...，A(F)]表示未 知的自回歸AR模型的系數(shù)矩陣，B的范圍為1彡B彡F;e^表示i極化通道第k個距離 單元是均值為零、方差為〇 2的復白高斯噪聲；t表示第t個時域脈沖；
[0048] (2. 4)根據(jù)式〈2>和式〈3>得到利用自回歸AR模型構(gòu)建的各個極化通道的雜波信 號：
[0049]
* <43>
[0050] 其中：e是i極化通道第k個距離單元的均值為零、方差為咬的復白高斯噪 聲，A, =%/r2:;ckl⑴表示i極化通道第k個距離單元第t個脈沖的雜波數(shù)據(jù)。
[0051] 步驟3,利用Wald檢驗方法，得到無輔助數(shù)據(jù)的距離擴展目標極化自適應(yīng)檢測器。
[0052] (3. 1)在有目標存在的情況下，根據(jù)式〈1>和式〈4>得到檢測信號zk的聯(lián)合概率 密度函數(shù)為：
[0053]
[0054]其中，（*)?表示共輒轉(zhuǎn)置；q= [WT，