一种基于通道优选的多通道目标检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于目标检测领域，它特别设及了多发多收雷达系统下多通道目标检测技 术领域。
【背景技术】
[0002] 隐身技术的飞速发展使雷达探测技术面临巨大挑战。目标隐身设计针对单站雷达 基于后向散射的探测机理，可显著减少被单站雷达捕获的后向散射能量，使单个雷达威力 睹降，"威力清零"。分布式多传感器网络探测技术能够充分利用空间多节点布局形态，有效 地利用节点多频、多极化和目标的多向散射能量，实现复杂环境下隐身目标的探测。因此， 多个通道联合目标检测技术成为分布式雷达网络探测技术不可或缺的一部分。
[0003] 传统分布式雷达网络探测系统联合利用多通道检测往往是基于广义似然比 佑LRT)、Rao、Wald等准则，推导出检测器结构，利用所有多通道信号信息通过检测器判断 目标有无。该种方法在假设各发射-接收通道间目标是服从独立同分布假设下或者目标 在各通道间起伏不剧烈假设下是非常合理的，然而，当利用分布式雷达网络探测探测隐身 目标时，各发射-接收通道的目标回波在很多情况下是起伏的，且往往存在几个发射-接 收通道目标回波能量相对很强，其他发射-接收通道目标回波能量相对很弱情况，例如1) 各发射-接收通道采用不同载频时，目标散射强度往往会随着载频的不同而改变；2)各 发射-接收通道观测方位差异很大时，导致观测目标的视角不同，散射强度不同；3)各发 射-接收通道采用不同极化方式时，目标散射强度也会差异很大。如果在该些实际情况下， 依然采用全通道联合检测算法，就会导致多通道非相干积累损失大于多通道空间分集增益 情况发生，引起检测性能下降。针对探测隐身目标等需求，2013年和2014年本团队对隐身 目标在不同发射-接收通道间起伏导致检测性能不稳定现象做了相关性能分析。目前，针 对该种实际情况，仍没有一种有效且便于实际应用的方案解决目标检测性能下降问题。本 团队通过前期对该现象的性能分析，在不改变检测器结构条件下，提出一种切实可行且非 常有意义的检测方案：基于通道优选的多通道目标检测方案。
【发明内容】
[0004] 为了实现分布式传感器网络有效探测隐身目标的需求，本发明提供了一种基于通 道优选的多通道目标检测方法。该方法首先基于广义似然比（或Rao、Wald)准则，设计多 通道检测器结构；然后根据各通道检测统计量大小进行排序（从小到大）；其次采用序贯检 测思想，通过循环判断后n个通道的联合检测统计量是否超过口限，直到检测到目标为止。 对现有分布式雷达系统达到无需改变检测器结构，实现代价小、复杂度低，并且可显著提升 隐身目标探测性能的目的。
[0005] 本发明提供了一种基于通道优选的多通道目标检测方法，它包括W下步骤：
[0006] 步骤1;各发射-接收通道接收回波信号，对接收到的回波信号进行匹配滤波并采 样；
[0007] 步骤2;针对某检测单元，根据各通道检测统计量大小对通道进行排序；
[000引步骤3;利用检测统计量最大的1个通道的数据判定检测单元是否存在目标，若不 存在则利用检测统计量最大的2个通道的数据来判定，若不存在则依次增加判定目标存在 的检测通道的个数，直至判定出存在目标或不能再增加判定目标的检测通道的个数；
[0009] 步骤4;输出步骤3的判定结果。
[0010] 所述步骤1第1个发射-接收通道的回波为；.Y,的町户0'>(f-r;)+?w)，1 = 1，2,. . .，L
[0011]其中丫1表征从第1发射-接收通道的目标散射特性W及传输通道衰减等对信号 幅度和相位造成的影响；Ti目标在第1个发射-接收通道目标的时延；0 1为目标在第1个 发射-接收通道的随机相位；P(t)为发射的简单方波信号（不同发射天线发射的信号相互 正交）；ni(t)为第1个发射-接收通道接收的噪声，在该分布式雷达网络系统为对空预警 雷达系统时，ni(t)建模为均值为0,方差为0 2的高斯白噪声.
[0012] 经过匹配滤波并采样后，第1发射-接收通道的复包络信号为：
[0013] ri= 丫i+rii，1 = 1, 2,. . . ,L。
[0014] 所述步骤2第1个发射-接收通道检测统计量Ti=Iril2,其中丫 1为各接收通道 复散射强度，通道间目标非同分布模型丫 1= 丫（0 1，Pi，fi)，01为雷达系统观测目标的方 位，fi为雷达的载频，P1为雷达的极化方式。
[0015] 所述步骤3首先确定当前参与判定目标的检测通道个数下的目标检测口限，检测 口限确定的方法为；根据目标检测所需虚警及参与判定的检测通道数据，通过蒙特卡洛方 法在该检测单元只存在噪声不存在目标情况下，确定当前检测口限；判定目标是否存在时 是将参与判定的所有检测通道的检测统计量求和，与所获得当前检测口限比较，若大于等 于检测口限则目标存在，若小于则目标不存在，进行下一步判定。
[0016] 通过上面的步骤，就可W实现基于通道优选的多通道目标检测。
[0017] 本发明的创新点在于针对分布式雷达系统探测隐身目标问题，提出一套基于通道 优选的多通道目标检测方案，改善了基于全通道联合目标检测算法在面对接收通道间目 标起伏情况实际问题带来的检测性能下降、检测性能不稳定问题述过序贯检测思想实现 了通道优选。
[0018] 本发明的优点在于通过序贯检测思想实现了通道优选，无需改变雷达系统硬件结 构，实现代价小，复杂度低。另外利用该方法，可有效改善目标在通道间起伏带来检测性能 不稳定的问题。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的流程图；
[0020] 图2为分布式雷达网络序贯检测结构；
[0021] 图3为基于通道优选的多通道检测效果。
【具体实施方式】
[0022] 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MTLAB-R2010b 上验证正确。具体实施步骤如下：
[0023] 步骤1、匹配滤波；
[0024] 设第1个发射-接收通道的回波为；如)町,e^p(f-r,)+",(〇, 1=1，2，...，L
[0025] 其中丫 1表征从第1发射-接收通道的目标散射特性W及传输通道衰减等对信号 幅度和相位造成的影响；T1目标在第1个发射-接收通道目标的时延；01为目标在第1个 发射-接收通道的随机相位；P(t)为发射的简单方波信号（不同发射天线发射的信号相互 正交）；ni(t)为第1个发射-接收通道接收的噪声，在该分布式雷达网络系统为对空预警 雷达系统时，ni(t)建模为均值为0,方差为0 2的高斯白噪声。
[0026] 经过匹配滤波并采样后，第1发射-接收通道的复包络信号为：
[0027] ri=丫i+rii，1=1，2,. . .，L [002引步骤2、通道间目标非同分布建模
[0029]各接收通道复散射强度丫1实际是与雷达系统观测目标的方位01、雷达的载频 fi、雷达的极化方式Pi直接相关，因此散射强度丫 1是一个关于0 1、fi和P1的多维函数 (1 = 1, 2,. . . ,L)；
[0030] 丫 1= 丫（日1，P1，fi)
[0031] 当各发射-接收通道1 (1 = 1，2, . . .，L)的0 1、fi和P1存在差异时，丫 1统计特 性也随之发生改变；0 1、fi和P1差异越大，丫 1(1 = 1，2,. . .，L)间统计特性差异越大。 因此针对目标在不同通道间服从非同分布特性，我们上述散射强度丫 1关于0i、fi和P1的 多维函数表达式称为通道间目标非同分布模型。通过仿真数据验证；Gamma起伏可W准确 的对XX隐身目标建模，即朽2~G(巧，々)不同通道的分布由形状参数和尺度参数P巧 同决定，巧A。
[0032] 步骤3、设计多通道检测器结构：
[0033] 基于广义似然比检准则，在高斯白噪声背景下，多通道检测器结构为平方律检测 器求和形式：
[0034]
【主权项】
1. 一种基于通道优选的多通道目标检测方法，它包括以下步骤： 步骤1:各发射-接收通道接收回波信号，对接收到的回波信号进行匹配滤波并采样； 步骤2 :针对某检测单元，根据各通道检测统计量大小对通道进行排序； 步骤3 :利用检测统计量最大的1个通道的数据判定检测单元是否存在目标，若不存在 则利用检测统计量最大的2个通道的数据来判定，若不存在则依次增加判定目标存在的检 测通道的个数，直至判定出存在目标或不能再增加判定目标的检测通道的个数； 步骤4 :输出步骤3的判定结果。
2. 如权利要求1所述的一种基于通道优选的多通道目标检测方法，其特征在于所述步 骤1第1个发射-接收通道的回波为：+ / = 1，2，."，L 其中γ 1表征从第1发射-接收通道的目标散射特性以及传输通道衰减等对信号幅度 和相位造成的影响；τ i目标在第1个发射-接收通道目标的时延；Θ 1为目标在第1个发 射-接收通道的随机相位；P (t)为发射的简单方波信号（不同发射天线发射的信号相互正 交）；&(〇为第1个发射-接收通道接收的噪声，在该分布式雷达网络系统为对空预警雷 达系统时，I ll (t)建模为均值为0,方差为σ 2的高斯白噪声； 经过匹配滤波并采样后，第1发射-接收通道的复包络信号为： T1= γ !+np 1 = 1，2, · · ·，L0
3. 如权利要求1所述的一种基于通道优选的多通道目标检测方法，其特征在于所述步 骤2第1个发射-接收通道检测统计量T1= |Γι|2,其中γι为各接收通道复散射强度，通 道间目标非同分布模型Y 1= γ (Θ u Ppf1), Q1S雷达系统观测目标的方位，匕为雷达的 载频，P1为雷达的极化方式。
4. 如权利要求1所述的一种基于通道优选的多通道目标检测方法，其特征在于所述步 骤3首先确定当前参与判定目标的检测通道个数下的目标检测门限，检测门限确定的方法 为：根据目标检测所需虚警及参与判定的检测通道数据，通过蒙特卡洛方法在该检测单元 只存在噪声不存在目标情况下，确定当前检测门限；判定目标是否存在时是将参与判定的 所有检测通道的检测统计量求和，与所获得当前检测门限比较，若大于等于检测门限则目 标存在，若小于则目标不存在，进行下一步判定。
【专利摘要】本发明公开了一种基于通道优选的多通道目标检测方法，属于目标检测领域，它特别涉及了多发多收雷达系统下多通道目标检测技术领域。该方法首先基于广义似然比(或Rao、Wald)准则，设计多通道检测器结构；然后根据各通道检测统计量大小进行排序(从小到大)；其次采用序贯检测思想，通过循环判断后n个通道的联合检测统计量是否超过门限，直到检测到目标为止。对现有分布式雷达系统达到无需改变检测器结构，实现代价小、复杂度低，并且可显著提升隐身目标探测性能的效果。
【IPC分类】G01S7-41
【公开号】CN104880696
【申请号】CN201510235770
【发明人】易伟, 李溯琪, 杨亚, 李雪婷, 孔令讲, 杨晓波, 王佰录
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月11日