CN106383339B - 一种多站点雷达信号级联合检测的镜像目标抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多站点雷达信号级联合检测的镜像目标抑制方法，首先对空间监测区域进行空间栅格划分，并基于空间栅格信息实现多个波束目标位置配准；利用检测器实现配准后监视平面的信号级检测；然后基于M/N逻辑判决准则，通过判决检测后点迹的波束交叠次数，将不符合准则要求的点迹删除以达到镜像目标的抑制；最后选择合适的最小分辨区域，保留检测统计量峰值所在点迹，将最小分辨区域内点迹最终凝聚为一个检测点迹。本发明在雷达阵列多通道同步进行信号级联合检测的条件下实现对多通道镜像目标抑制，目标个数估计准确，镜像目标抑制残留少，采用空间栅格技术实现多路通道的目标检测单元的配准计算量小，实现简单。

Description

一种多站点雷达信号级联合检测的镜像目标抑制方法
技术领域
本发明属于雷达目标检测技术领域，它特别涉多站点分布式网络雷达信号级联合目标检测技术领域。
背景技术
随着科学技术的发展，隐身飞机、隐身无人机、巡航导弹等隐身目标其后项散射截面小极大挑战了现代防空网系统，为应对隐身目标的威胁，采用分布式多节点的网络雷达系统，通过在不同维度上采用空间分集、频率分集、极化分集等技术可以有效的克服基于后向散射特性的隐身目标探测难的问题。现阶段采用分布式网络雷达技术探测隐身等目标仍停留在理论探索阶段，对于如何在实际应用中实现该技术仍是一个难题。多源多维信号联合处理技术是分布式网络雷达探测系统中的一项关键技术，其中多站点雷达信号级联合检测技术是实现分布式网络雷达有效探测隐身目标的重要关键技术。在理论研究阶段，很多学者对多站点雷达信号级联合检测技术做了大量研究，然而这些研究大多建立在很多假设之上，如多站点雷达的各通道检测单元理想配准、不考虑各站点雷达波束参数对目标检测的影响、不考虑目标散射特性在不同站点通道内服从非独立同分布特征等。这些假设在实际应用中往往是不成立的，因此，需要充分考虑实际情况研究分布式网络雷达信号处理技术，具有重要的实际意义和工程实现价值。
多站点雷达信号级联合检测技术需首先考虑多个站点在不同通道的检测单元如何配准，现有解决该问题的方法是遍历各个波束交叠区域的物理分辨单元，这样存在计算量随雷达个数指数增长问题，不利于工程实现。且，在多目标场景下，各雷达的多个波束不仅仅会在真实目标位置处形成交点，还会因所属不同目标的部分波束相互交叠形成镜像目标，导致目标位置估计偏差大、目标个数估计误差大等问题。传统的一些镜像目标抑制方法如逐目标搜索区域消去算法SSR，逐目标干扰消去算法SIC在理想条件下(各通道目标散射特性服从独立同分布特征)可以有效抑制镜像干扰，然而实际各通道目标散射特性服从非独立同分布特征下，这些方法往往会导致真实目标会被抑制、真实目标位置估计偏差增大、目标个数估计误差大、镜像干扰抑制不干净等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对当空间存在多目标情况下，不同雷达的多个波束不仅会在目标位置处形成交点，往往还会在非目标位置处形成交点，导致镜像目标的出现的问题，提供一种镜像目标抑制方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种多站点雷达信号级联合检测的镜像目标抑制方法，包括以下步骤：
步骤1、将空间监视区域均匀划分为经度-纬度-高度分别为△Lo×△La×△H大小的矩形栅格；
步骤2、确定各矩形栅格对应各雷达站点的方位θ，俯仰距离r：
步骤3、对各通道回波信号进行匹配滤波与动目标检测处理得到输出序列：
Yc(l)表示通道c的距离单元l的输出序列，yc[l,m]表示通道c的距离单元l的第m个脉冲的独立匹配滤波器输出的慢时间序列，m为脉冲编号，Mp为脉冲个数；
其中，E为发射波束总能量，Nt为发射节点数，αc为目标在c通道的反射强度，τc为通道c的总时延，xp(t)为时刻t时接收到的信号，ωD为由于目标运动导致的回波频率偏移；
步骤4、建立栅格与通道c预处理输出序列的检索信息集Ic，由检索信息集Ic定位栅格对应的通道c预处理输出序列值Yc(l)，
其中，为发射方位角度检索信息，为接收方位角度检索信息，为发射俯仰角检索信息，为接收俯仰角检索信息，为距离检索信息；
步骤5、对监视平面进行恒虚警检测：
计算栅格的各接收通道的单通道检测统计量k，即
通道编号i＝1,2,…,M，C表示所有覆盖栅格中心p的接收通道集合，σ2为检测单元噪声，表示ci通道的距离单元的回波信号经过动目标检测后的输出结果的平方；
将各单通道检测统计量进行累加后与检测器门限γT进行比较，得到检测结果：
H1表示累加值K大于γT则做有目标判断，H0表示累加值K小于γT则做无目标判断；
步骤6、将出现目标的栅格对应各个接收通道的单通道检测统计量k与给定的单通道门限γC进行比较，将单通道检测统计量大于单通道门限γC的栅格组成门限栅格集合Np为所有过门限点迹数；
步骤7、统计门限栅格集合P中各删格的单通道检测统计量大于单通道门限γC的接收通道个数N；
步骤8、依据M/N逻辑判决准则：
TN＝M/N
依次判断栅格集合P中各删格对应的检测覆盖通道比TN＝M/N小于门限γN的栅格从过门限栅格集合P中删除，得到新的门限栅格集合P'；
P'＝P-pi
步骤9、对门限栅格集合P'进行序贯凝聚，保留最小分辨区域内检测统计量峰值所在的栅格，得到最终检测栅格P”，最终检测栅格的几何中心为最终检测点迹。
本发明首先对空间监测区域进行空间栅格划分，并基于空间栅格信息实现多个波束目标位置配准；利用检测器实现配准后监视平面的信号级检测；然后基于M/N逻辑判决准则，通过判决检测后点迹的波束交叠次数，将不符合准则要求的点迹删除以达到镜像目标的抑制；最后选择合适的最小分辨区域，保留检测统计量峰值所在点迹，将最小分辨区域内点迹最终凝聚为一个检测点迹。
本发明的有益效果是，在雷达阵列多通道同步进行信号级联合检测的条件下实现对多通道镜像目标抑制，目标个数估计准确，镜像目标抑制残留少，采用空间栅格技术实现多路通道的目标检测单元的配准计算量小，实现简单。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2(a)为没有执行镜像抑制步骤的仿真结果，图中红色点迹为多通道检测单元的镜像目标；(b)为执行了镜像抑制步骤的仿真结果，图中红色圈出的点迹即为镜像目标抑制后的检测点迹。
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。具体实施步骤如图1所示：
步骤1、划分空间栅格：
将空间监视区域均匀划分为经度-纬度-高度分别为△Lo×△La×△H大小的矩形栅格p，其中△Lo为栅格的经度宽度，△La为栅格的纬度宽度，△H为栅格的高度宽度，。
步骤2、确定各栅格对应各雷达站点的方位θ，俯仰距离r；
步骤3、对各通道回波信号进行匹配滤波与动目标检测处理：
对于空间坐标系位置为(x0,y0,z0)处的目标反射回波，位于(xti,yti,zti)的发射雷达Ti和位于(xrj,yrj,zrj)的接收雷达Rj构成的接收通道c接收到回波信号为rc(t)，：
其中，E为发射波束总能量，Nt为发射节点数，αc为目标在c通道的反射强度，sp(t)为时刻t时原始发射信号，nc(t)为通道c的高斯白噪声，m为脉冲编号，Mp为脉冲个数，c＝c1,c2,...,cM，M为接收通道总数，Mp为脉冲个数，T为发射信号周期，方差为对于分置MIMO雷达，要求天线间隔足够远，满足不同收发通道的噪声不相关。τc为其对应于通道c的总时延，定义如下式：
其中，vc为光速。
每个脉冲的独立匹配滤波器输出的慢时间序列为：
其中，l为距离单元编号，ωD＝4πvT/λ，v是目标相对接收雷达速度，xp(t)为时刻t时接收到的信号，ωD为由于目标运动导致的回波频率偏移，v是目标相对接收雷达速度，λ为发射信号波长。通过对慢时间样本进行合并得到通道c的动目标检测输出序列为Yc(l)。
Yc(l)表示通道c的距离单元l的输出序列。
步骤4、对于窄波束发射，窄波束接收雷达体系，不同发射方位角、发射俯仰角、接收方位角、接收俯仰角、距离单元对应的预处理输出序列值不同，所以需要根据空间栅格几何中心对应各雷达的俯仰，方位，距离信息建立栅格与通道c预处理输出序列的检索信息集其中，为发射方位角度检索信息，为接收方位角度检索信息，为发射俯仰角检索信息，为接收俯仰角检索信息，为距离检索信息。由Ic即可在众多预处理输出序列中定位查询出栅格中心对应的通道c预处理输出序列值Yc(l)，其中
步骤5、对监视平面进行恒虚警检测：
计算栅格的各接收通道的单通道检测统计量k，即
将单通道检测统计量输入广义似然比GLRT检测器进行判断：
满足通道编号i＝1,2,…,M，C表示所有覆盖栅格中心p的接收通道集合。表示ci通道的距离单元的回波信号经过动目标检测后的输出结果的平方，指的是一个数，Yc表示通道c的所有距离单元输出序列，指的是一个数组，Yc(l)就是Yc里面的一个元素。γT为检测器门限，σ2为检测单元噪声，H1表示K大于γT则做有目标判断，H0表示K小于γT则做无目标判断。
在每个单元是独立同分布的高斯白噪声背景下，可以用假设检验单元周围的相邻单元得到估计检测单元噪声的估计值
其中，为第n个相邻单元的距离索引信息，Nl为检验单元周围的相邻单元总数。
步骤6、判断有目标的栅格p对应各个接收通道的单通道检测统计量k与给定的单通道门限γC进行比较，将单通道检测统计量大于单通道门限γC的栅格组成门限栅格集合其中Np为所有过门限点迹数。
步骤7、统计门限栅格集合P中各删格的单通道检测统计量大于单通道门限γC的接收通道个数，记为N；
步骤8、依据M/N逻辑判决准则：
依次栅格集合P中各删格对应的检测覆盖通道比TN＝M/N是否大于门限γN，H1表示M/N大于门限γN；H0表示M/N小于门限γN，将小于门限γN的栅格从过门限栅格集合P中删除，得到新的门限栅格集合P'；
步骤9、对门限栅格集合P'进行序贯凝聚，保留最小分辨区域内检测统计量峰值所在点迹，点迹为栅格的几何中心。
序贯凝聚为现有方法，的具体做法是：依次搜索步骤8处理后的门限栅格集合P'中检测统计量k峰值所在栅格中心点进行贯序凝聚。保留最小分辨区域△r内检测统计量峰值所在点迹。贯序凝聚后得到的检测统计量峰值所在栅格构成的集合P”即为最终检测栅格，最终检测栅格的几何中心为最终检测点迹。
通过上面的步骤，就可以实现多站点雷达信号级联合检测的镜像目标抑制。
在上述仿真中，没有执行镜像抑制步骤与执行了该步骤的仿真对比结果如图2所示。由图2可知，在完成该多通道信号级联合检测之后，一些由单通道检测单元能量峰值较高或多通道检测单元交叠产生的镜像目标大量存在，经过以上镜像抑制方法可以有效地抑制这些镜像目标，最终得到正确的检测点迹，完成多站点信号级联合检测。
通过本发明的具体实施可以看出，该方法充分利用了多波束中有价值的目标回波信息，实现了对空间栅格信号级联合检测产生的镜像目标的有效抑制，且目标定位精度及目标个数估计精度不受影响。

Claims (1)

1.一种多站点雷达信号级联合检测的镜像目标抑制方法，包括以下步骤：
步骤1、将空间监视区域均匀划分为矩形栅格；
步骤2、确定各矩形栅格对应各雷达站点的方位θ，俯仰距离r；
步骤3、对各通道回波信号进行匹配滤波与动目标检测处理得到输出序列：
Yc(l)表示通道c的距离单元l的输出序列，yc[l,m]表示通道c的距离单元l的第m个脉冲的独立匹配滤波器输出的慢时间序列，m为脉冲编号，Mp为脉冲个数；
其中，E为发射波束总能量，Nt为发射节点数，αc为目标在通道c的反射强度，τc为通道c的总时延，xp(t)为时刻t时接收到的信号，ωD为由于目标运动导致的回波频率偏移；
步骤4、建立栅格与通道c预处理输出序列的检索信息集Ic，由检索信息集Ic定位栅格对应的通道c的距离单元l的输出序列Yc(l)，
其中，为发射方位角度检索信息，为接收方位角度检索信息，为发射俯仰角检索信息，为接收俯仰角检索信息，为距离检索信息；
步骤5、对监视平面进行恒虚警检测：
计算栅格的各接收通道的单通道检测统计量k，即
通道编号i＝1,2,…,M，C表示所有覆盖栅格中心p的接收通道集合，σ2为检测单元噪声， 表示通道ci的距离单元的回波信号经过动目标检测后的输出结果的平方；
将各单通道检测统计量进行累加后与检测器门限γT进行比较，得到检测结果：
H1表示累加值K大于γT则做有目标判断，H0表示累加值K小于γT则做无目标判断；
步骤6、将出现目标的栅格对应各个接收通道的单通道检测统计量k与给定的单通道门限γC进行比较，将单通道检测统计量大于单通道门限γC的栅格组成门限栅格集合Np为所有过门限点迹数，均为过门限点的栅格；
步骤7、统计门限栅格集合P中各删格的单通道检测统计量大于单通道门限γC的接收通道个数N；
步骤8、依据M/N逻辑判决准则：
TN＝M/N
依次判断门限栅格集合P中各删格对应的检测覆盖通道比TN＝M/N小于门限γN的栅格pi从门限栅格集合P中删除，得到新的门限栅格集合P'；
P'＝P-pi
步骤9、对新的门限栅格集合P'进行序贯凝聚，保留最小分辨区域内检测统计量峰值所在的栅格，得到最终检测栅格P”，最终检测栅格的几何中心为最终检测点迹。
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