CN104880696B - 一种基于通道优选的多通道目标检测方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

一种基于通道优选的多通道目标检测方法
技术领域
本发明属于目标检测领域，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。
背景技术
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，使单个雷达威力陡降，“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。
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(GLRT)、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。这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。如果在这些实际情况下，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，针对这种实际情况，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
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目的。
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。
所述步骤1第l个发射-接收通道的回波为：l＝1,2,...,L
其中γl表征从第l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；τl目标在第l个发射-接收通道目标的时延；θl为目标在第l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)；nl(t)为第l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，nl(t)建模为均值为0，方差为σ2的高斯白噪声；
经过匹配滤波并采样后，第l发射-接收通道的复包络信号为：
rl＝γl+nl，l＝1,2,...,L。
所述步骤2第l个发射-接收通道检测统计量Tl＝|rl|2，其中γl为各接收通道复散射强度，通道间目标非同分布模型γl＝γ(θl,ρl,fl)，θl为雷达系统观测目标的方位，fl为雷达的载频，ρl为雷达的极化方式。
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。
通过上面的步骤，就可以实现基于通道优选的多通道目标检测。
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；通过序贯检测思想实现了通道优选。
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
图1为本发明的流程图；
图2为分布式雷达网络序贯检测结构；
图3为基于通道优选的多通道检测效果。
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-R2010b上验证正确。具体实施步骤如下：
步骤1、匹配滤波：
设第l个发射-接收通道的回波为：l＝1,2,...,L
其中γl表征从第l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；τl目标在第l个发射-接收通道目标的时延；θl为目标在第l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)；nl(t)为第l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，nl(t)建模为均值为0，方差为σ2的高斯白噪声。
经过匹配滤波并采样后，第l发射-接收通道的复包络信号为：
rl＝γl+nl，l＝1,2,...,L
步骤2、通道间目标非同分布建模
各接收通道复散射强度γl实际是与雷达系统观测目标的方位θl、雷达的载频fl、雷达的极化方式ρl直接相关，因此散射强度γl是一个关于θl、fl和ρl的多维函数(l＝1,2,...,L)：
γl＝γ(θl,ρl,fl)
当各发射-接收通道l(l＝1,2,...,L)的θl、fl和ρl存在差异时，γl统计特性也随之发生改变；θl、fl和ρl差异越大，γl(l＝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γl关于θl、fl和ρl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起伏可以准确的对XX隐身目标建模，即不同通道的分布由形状参数αl和尺度参数βl共同决定，
步骤3、设计多通道检测器结构：
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：
其中，rl表示第l(l＝1,2,...,L)的个发射-接收通道的回波信号；L表示接收通道的个数；η表示检测门限，由检测虚警Pfa确定；
步骤4、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：
第l个发射-接收通道检测统计量Tl＝|rl|2，未排序的L个通道检测统计量为：(T1,T2,...,TL)。按照检测统计量大小从小到大排序后L个通道检测统计量为：(T(1),T(2),...,T(L))。
步骤5、确定L种检测情况下，检测门限大小：
假设目标检测所需虚警为Pfa，当利用后n(n＝1,...,L)个检测通道进行某检测单元目标有无判决时，可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，确定其检测门限大小ηn(n＝1,...,L)。
步骤6、令l＝k，则联合利用后L-k+1个发射-接收通道信息判断目标是否存在，其中n＝L-k+1：
其中ηk由步骤5得到。
步骤7、如果步骤6判断目标存在成立，则L-k+1个发射-接收通道目标检测结束，或者当L＝n时，仍然没有检测到目标，则目标检测结束；否则n＝n-1,重复步骤6。
步骤8、输出该检测单元目标有无判断结果，针对下一检测单元重复步骤4～7。
通过上面的步骤，就可以实现基于通道优选的多通道目标检测。

Claims (2)

1.一种基于通道优选的多通道隐身目标检测方法，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；
第l个发射-接收通道检测统计量Tl＝|rl|2，其中rl为各发射-接收通道复散射强度，通道间隐身目标非同分布模型rl＝r(βl,ρl,fl)，βl为雷达系统观测隐身目标的方位，fl为雷达的载频，ρl为雷达的极化方式；
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隐身目标，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隐身目标存在的检测通道的个数，直至判定出存在隐身目标或不能再增加判定隐身目标的检测通道的个数；
所述步骤3具体方法为：首先确定当前参与判定隐身目标的检测通道个数下的隐身目标检测门限，检测门限确定的方法为：根据隐身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隐身目标情况下，确定当前检测门限；判定隐身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隐身目标存在，若小于则隐身目标不存在，进行下一步判定；
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隐身目标检测方法，其特征在于所述步骤1第l个发射-接收通道的回波为：
其中γl表征第l个发射-接收通道的隐身目标散射特性以及传输通道衰减对信号幅度和相位造成的影响；τl为隐身目标在第l个发射-接收通道的时延；θl为隐身目标在第l个发射-接收通道的随机相位；p(t)为发射的简单方波信号；nl(t)为第l个发射-接收通道接收的噪声，在雷达系统为对空预警雷达系统时，nl(t)建模为均值为0，方差为σ2的高斯白噪声；
经过匹配滤波并采样后，第l个发射-接收通道的复散射强度为：
rl＝γl+nl，l＝1,2,...,L。
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