提高电离层双高斯模型中mimo-oth雷达检测性能的天线布置方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高电离层双高斯模型中MIMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法，包括：利用了探测信号在到达接收端前经过两次电离层反射，每次的反射系数均服从复高斯随机分布，建立电离层双高斯反射模型，根据MQP模型由天线与目标之间的距离计算得到多径条数，通过对MIMO-OTH雷达的回波信号进行分析，构建电离层双高斯反射模型下的MIMO-OTH雷达信号模型，根据利用尼曼-皮尔逊准则和高斯最优检测器建立假设检验问题，通过计算统计量的累积分布函数，得到MIMO-OTH分集增益表达式和电离层双高斯模型下MIMO-OTH雷达目标检测的分集增益，通过选择合适的雷达天线位置改变多径条数，使雷达系统获得最大分集增益。本发明方法简单，操作方便，提高了雷达系统的检测性能。
【专利说明】提高电离层双高斯模型中MIMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达【技术领域】，尤其涉及一种提高电离层双高斯模型中MMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法。
【背景技术】
[0002]天波超视距iOTH、雷达是一种有效且相对低成本的广域监测雷达，OTH雷达通过电磁波在电离层与地面之间的折射作用或电磁波沿地球表面的绕射作用传输高频能量，从而探测常规视距雷达无法探测到的地平线以下超远距离的空中和海域上的目标，其目标探测距离最高可达到3000km，OTH雷达发射不同俯仰角的信号在复杂电离层中有不同的传播路径。
[0003]由于电离层的复杂的分层结构，可能导致不同俯仰角发射的信号经过电离层反射后照射到同一区域上，从而产生不同的回波信号，这种多径传播可能导致雷达对目标个数的错误判断，使得目标检测误差增大。
【发明内容】
[0004]本发明实施例的目的在于提供一种提高电离层双高斯模型中MMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法，旨在解决由于电离层的复杂的分层结构，导致不同俯仰角发射的信号经过电离层反射后照射到同一区域上，从产生不同的回波信号，多径传播可能导致雷达对目标个数的错误判断，使得目标检测误差增大的问题。
[0005]本发明实施例是这样实现的，一种提高电离层双高斯模型中MMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法，该提高电离层双高斯模型中MMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法包括以下步骤:
步骤一，利用探测信号在到达接收端前经过两次电离层反射，每次的反射系数均服从复高斯随机分布，建立电离层双高斯反射模型；
步骤二，通过对MMO-OTH雷达的回波信号进行分析，构建电离层双高斯反射模型下的MIMO-OTH雷达信号模型；
步骤三，根据利用尼曼-皮尔逊准则和高斯最优检测器建立假设检验问题，通过计算统计量的累积分布函数，得到MIMO-OTH雷达目标检测的分集增益表达式；
步骤四，根据实际应用环境和条件，确定所有可行的MIMO-OTH雷达天线布置方案；
步骤五，对每一可行的MMO-OTH雷达天线布置方案，首先根据MQP模型由天线与目标之间的距离计算得到多径条数，然后根据步骤三得到的分集增益表达式，计算电离层双高斯模型下的MMO-OTH雷达的分集增益；
步骤六，比较所有可行方案的分集增益的大小，选取分集增益最大的方案来对MIMO-OTH雷达进行天线布置。
[0006]进一步，在步骤一中，建立电离层双高斯反射模型的具体方法为:设发射信号为44 = 11，各发射信号在空间是相互正交的，且各波束能量归一化为:f 1 (ipt = I,定义总发射功率为E，则第w个发射天线发射信号低通等效为:
【权利要求】
1.一种提高电离层双高斯模型中MMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法，其特征在于，该提高电离层双高斯模型中MMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法包括以下步骤: 步骤一，利用探测信号在到达接收端前经过两次电离层反射，每次的反射系数均服从复高斯随机分布，建立电离层双高斯反射模型； 步骤二，通过对MMO-OTH雷达的回波信号进行分析，构建电离层双高斯反射模型下的MIMO-OTH雷达信号模型； 步骤三，根据利用尼曼-皮尔逊准则和高斯最优检测器建立假设检验问题，通过计算统计量的累积分布函数，得到MMO-OTH雷达目标检测的分集增益表达式； 步骤四，根据实际应用环境和条件，确定所有可行的MIMO-OTH雷达天线布置方案； 步骤五，对每一可行的MMO-OTH雷达天线布置方案，首先根据MQP模型由天线与目标之间的距离计算得到多径条数，然后根据步骤三得到的分集增益表达式，计算电离层双高斯模型下的MMO-OTH雷达的分集增益； 步骤六，比较所有可行方案的分集增益的大小，选取分集增益最大的方案来对MIMO-OTH雷达进行天线布置。
2.如权利要求1所述的提高电离层双高斯模型中MMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法，其特征在于，在步骤一中，建立电离层双高斯反射模型的具体方法为: 设发射信号为= V..,I，各发射信号在空间是相互正交的，且各波束能量归一化为:1b的|2? = 1 ,定义总发射功率为I，则第w个发射天线发射信号低通等效为:(? ,假设目标为点目标，不考虑RCS的影响，第w个发射天线发射信号经过Oh条路径的电离层反射后到达目标，多径`信号在目标上反射后经过年条路径的电离层反射后最终到达接收天线； 第《个接收天线接收到由M个发射天线发射含杂噪声的回波信号为:
f u M ~(6) = %ττΣΣΣ^(￡-τ? + w, (j)
￥ 麗—/_1 i_i 其中
CL.= C表示总的反射系数，< 是由第w个发射天线发射并由第《个接收天线接收的第y条多径信号在目标上镜反射的反射系数，/4是由第个发射天线发射经由电离层反射后到达目标的第u条多径信号的复高斯电离层反射系数，rf?是从目标出发经由电离层反射后到达第P个接收天线的第夺多径信号的复高斯电离层反射系数，为第条发射天线发射信号的载频，4表示第个发射天线发射并由第《个接收天线接收的第I/条多径信号的传输时延，确是第《个接收天线上的杂噪声，定义为一个常数，和是相互独立的复高斯随机变量，总发射系数是统计独立的复双高斯随机变量；将回波信号进行匹配滤波，将第个接收天线上的所有滤波器的输出写成一个Mxl维的向量，向量表示为
3.如权利要求1所述的提高电离层双高斯模型中MMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法，其特征在于，在步骤三中，利用尼曼-皮尔逊准则和高斯最优检测器建立假设检验问题的具体方法为:观察在步骤一所建立的MMO-OTH雷达信号模型以及步骤二计算出的多径条数，如果在检测范围内没有目标，则回波信号仅仅只包括杂噪声r = w，根据假设检验问题建立两个假设统计量:目标存在的假设统计量珥和目标不存在的假设统计量/?，表达式写成:
4.如权利要求1所述的提高电离层双高斯模型中MMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法，其特征在于，在步骤四中，计算在假设下的检测准则的具体方法为: 根据尼曼-皮尔逊准则，将假设统计量巧带入公式，则检测准则可变为:
5.如权利要求1所述的提高电离层双高斯模型中MMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法，其特征在于，在步骤三中，计算检验统计量的累积分布函数的方法为: 根据得到的统计量4和统计量
6.如权利要求5所述的提高电离层双高斯模型中MMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法，其特征在于，在步骤二中: 计算5为奇数(5 = 2?+1)情况下^ (?的幅度)的累积分布函数: 在B为奇数情况下，将￡(?-ψ2(ζ)进行展开，得到/(?)后，利用极坐标转换，得到 ' 的幅度的概率密度函数，再对其进行积分得到O (A的幅度)的累积分布函数:
7.如权利要求1所述的提高电离层双高斯模型中MMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法，其特征在于，在步骤三中，计算得到分集增益表达式: 根据分集增益的定义:分集增益等于在log坐标下漏检概率与信杂噪比(SCNR)的负斜率，如果4的累积分布函数写成:
8.如权利要求1所述的提高电离层双高斯模型中MMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法，其特征在于，在步骤二中，根据MQP模型计算多径条数的具体方法为:由于步骤一中未知多径信号的多径条数，为了完善步骤一的信号模型，计算求出多径条数多径条数可以根据复合准抛物线电离层模型得到，在电离层MQP模型中，天线与目标之间的距离可以表示为:
9.如权利要求8所述的提高电离层双高斯模型中MMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法，其特征在于,第个发射天线发射多径信号的多径条数的具体方法为: 已知目标位置假设第故个发射天线位置为0^,化),则第.个发射天线与目标之间的距离
10.如权利要求8所述的提高电离层双高斯模型中MMO-OTH雷达检测性能的天线布置方法，其特征在于，第,个接收天线接收到多径信号的多径条数具体方法为: 假设第$个接收天线位置为(1?,/|8),第个接收天线与目标之间的距离为:
【文档编号】G01S7/42GK103728608SQ201310727940
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】何茜, 丁琦, 何子述 申请人:电子科技大学