CN108196236B - 基于学习的模糊逻辑判决和干扰自动消除方法及谐波雷达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于学习的模糊逻辑判决和干扰自动消除谐波雷达，采用两发一收方式，发射机发射组合波，频率分别为f₁、f₂，分别由两个发射天线发射脉冲信号，非线性目标再辐射反射回波到达接收机，接收机采用一个接收天线，分时接收，接收回波经过放大后，分别与2f₁、2f₂、f₁+f₂进行混频，得到三个二次谐波f₂₁、f₂₂、f₂₃；在三次谐波时，混频频率分别为3f₁、3f₂、2f₁+f₂，进入融合中心进行模糊逻辑判决。本发明对二次谐波和三次谐波中的三个检测器进行融合判决，学习状态进行干扰自动消除，对背景进行学习，正常工作时基于三个检测器对目标“有信号”和“无信号”的隶属度进行模糊逻辑判决；能够提供更好的检测灵敏度，明显改善了虚警概率，在非均匀背景检测时具有很好的鲁棒性。

Description

基于学习的模糊逻辑判决和干扰自动消除方法及谐波雷达

技术领域

本发明涉及电子行业雷达技术领域，具体涉及一种基于学习的模糊逻辑判决和干扰自动消除方法及谐波雷达。

背景技术

安检中谐波雷达是一种有效的检测设备，能够快速探测和定位隐藏在墙、地板、天花板、家具里的各种电子设备和装置，这些设备包括电台、窃听器、电子引信、定时爆炸物、地雷等。近年来随着智能电子设备逐步小型化和多样化的发展，违规电子设备的检测变得十分困难，安防工作的难度加大，受到国内外的高度重视。

现有的谐波雷达技术主要采用一个频率或多个单一频率发射，接收端检测二次谐波和三次谐波时分别只用一个检测器来检测非线性目标。其中多个频率的组合波能够提高探测距离，降低虚警率。但电子设备的微型化以及对电子设备的屏蔽，使得传统的谐波雷达在实际使用中存在如下问题：1)检测的漏警概率加大，小型化的电子设备再辐射能量降低，传统的谐波雷达难以用现有的灵敏度检测微型电子目标。2)抗干扰能力差。传统的谐波雷达在检测信号时，对接收信号处理后进行“有信号”和“无信号”的二元判决，存在干扰信号时，特别是在背景非均匀环境中检测的虚警概率增大，难以区分干扰目标还是有用目标。。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于学习的模糊逻辑判决和干扰自动消除方法及谐波雷达，二次、三次谐波检测分别具有三个检测器，提供更好的检测灵敏度，开机学习背景杂波，能够对干扰目标进行自动消除，正常工作时对目标“有信号”和“无信号”的隶属度进行模糊逻辑判决，明显改善了恒虚警概率，在非均匀背景检测具有很好的鲁棒性。

本发明是通过以下技术方案实现的。

基于学习的模糊逻辑判决和干扰自动消除谐波雷达，该谐波雷达采用两发一收方式，发射机发射组合波，频率分别为f₁、f₂，分别由两个发射天线发射脉冲信号，非线性目标再辐射反射回波到达接收机，接收机采用一个接收天线，分时接收，接收回波经过放大后，分别与2f₁、2f₂、f₁+f₂进行混频，得到三个二次谐波f₂₁、f₂₂、f₂₃；在三次谐波时，混频频率分别为3f₁、3f₂、2f₁+f₂，进入融合中心进行模糊逻辑判决。

本发明还提供了一种基于学习的模糊逻辑判决和干扰自动消除方法，包括如下步骤：

学习状态：

步骤一：初始化隶属函数因子α＝1；

步骤二：接收回波信号经过混频、检波后，依次进入模糊WCA-CFAR检测器进行检测，分别计算u₁、u₂、u₃，然后计算各自的隶属函数w₁、w₂、w₃，进入融合中心，计算出融合后的隶属函数W_F；

步骤三：计算学习隶属函数W_SF＝α·W_F；

步骤四：假如W_SF大于阈值T，则临时隶属函数因子α_tem＝α+β，其中，β为隶属函数因子增加值；

计算下一个q_m+1时的W_SF，若此时的W_SF仍然大于阈值T，则更新隶属函数因子α＝α_tem；否则不更新隶属函数因子，进入步骤三；

步骤五：达到学习时间时，结束；进入工作状态，以新的隶属度函数因子α进行检测；

工作状态：

步骤一：接收回波信号经过混频、检波后，依次进入模糊WCA-CFAR检测器进行检测，分别计算u₁、u₂、u₃，然后计算各自的隶属函数w₁、w₂、w₃，进入融合中心，计算出融合后的隶属函数W_F；

步骤二：接收回波信号经过混频、检波后，依次进入模糊WCA-CFAR检测器进行检测，分别计算二次谐波和三次谐波的u₁、u₂、u₃，然后计算各自的隶属函数w₁、w₂、w₃，进入融合中心，计算出融合后的隶属函数W_F；

步骤三：模糊逻辑判决；

假如W_F大于阈值T，则判决为“有信号”，否则为“无信号”；

步骤四：检测输出，输出判决状态为“有信号”或“无信号”。

本发明对二次谐波和三次谐波中的三个检测器进行融合判决，学习状态进行干扰自动消除，对背景进行学习，正常工作时基于三个检测器对目标“有信号”和“无信号”的隶属度进行模糊逻辑判决；能够提供更好的检测灵敏度，明显改善了虚警概率，在非均匀背景检测时具有很好的鲁棒性。

附图说明

图1为基于学习的模糊判决和干扰自动消除谐波雷达框图；

图2为二次谐波混频输出；

图3为三次谐波混频输出；

图4为模糊WCA-CFAR检测器；

图5为二次谐波模糊WCA-CFAR检测器；

图6为谐波雷达模糊判决和干扰自动消除流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种具有融合检测器的谐波雷达，如图1所示，采用两发一收方式，发射机发射组合波，频率分别为f₁、f₂，分别由两个发射天线发射脉冲信号，非线性目标再辐射反射回波到达接收机，接收机采用一个接收天线，分时接收，接收回波经过放大后，分别与2f₁、2f₂、f₁+f₂进行混频，得到三个二次谐波f₂₁、f₂₂、f₂₃；在三次谐波时，混频频率分别为3f₁、3f₂、2f₁+f₂，进入融合中心进行模糊逻辑判决。如图2、图3所示。

本发明还提供了一种基于学习的模糊逻辑判决和干扰自动消除方法，杂波背景环境的功率估计是通过开机后的小段时间的来完成的，这个过程具有自学习功能，我们称之为开机学习状态。滑窗的统计量采用均值来判决初始杂波背景环境。模糊WCA-CFAR检测器如图4所示，经过N个观测值后，学习有效的虚警概率为

模糊检测器隶属度函数定义为w，表示“有干扰”和“无干扰”假设成立的二值逻辑程度。模糊检测器隶属度函数可以表示为：

w(q)＝Pr(Q＞q|H₀)(2)

其中，

q_i表示滑窗的样本值。

将式(1)中的T换成q，得到模糊CA-CFAR的隶属函数为

二次谐波的模糊检测流程如图5所示。三次谐波检测具有同样的流程。

谐波雷达模糊判决和干扰自动消除流程如图6所示，模糊逻辑判决和干扰自动消除包括学习状态检测和工作状态检测，具体的：

学习状态：

步骤一：初始化隶属函数因子α＝1；

步骤二：接收回波信号经过混频、检波后，依次进入模糊WCA-CFAR检测器进行检测，分别计算u₁、u₂、u₃，然后计算各自的隶属函数w₁、w₂、w₃，进入融合中心，计算出融合后的隶属函数W_F；

步骤三：计算学习隶属函数W_SF＝α·W_F；

步骤四：假如W_SF大于阈值T，则临时隶属函数因子α_tem＝α+β，其中，β为隶属函数因子增加值；

计算下一个q_m+1时的W_SF，若此时的W_SF仍然大于阈值T，则更新隶属函数因子α＝α_tem；否则不更新隶属函数因子，进入步骤三；

步骤五：达到学习时间时，结束；进入工作状态，以新的隶属度函数因子α进行检测；

工作状态：

步骤一：接收回波信号经过混频、检波后，依次进入模糊WCA-CFAR检测器进行检测，分别计算u₁、u₂、u₃，然后计算各自的隶属函数w₁、w₂、w₃，进入融合中心，计算出融合后的隶属函数W_F；

步骤二：接收回波信号经过混频、检波后，依次进入模糊WCA-CFAR检测器进行检测，分别计算二次谐波和三次谐波的u₁、u₂、u₃，然后计算各自的隶属函数w₁、w₂、w₃，进入融合中心，计算出融合后的隶属函数W_F；

步骤三：模糊逻辑判决；

假如W_F大于阈值T，则判决为“有信号”，否则为“无信号”；

步骤四：检测输出，输出判决状态为“有信号”或“无信号”。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (1)

1.一种基于学习的模糊逻辑判决和干扰自动消除方法，应用于谐波雷达，其特征在于，该谐波雷达采用两发一收方式，发射机发射组合波，频率分别为f₁、f₂，分别由两个发射天线发射脉冲信号，非线性目标再辐射反射回波到达接收机，接收机采用一个接收天线，分时接收，接收回波经过放大后，分别与2f₁、2f₂、f₁+f₂进行混频，得到三个二次谐波f₂₁、f₂₂、f₂₃；在三次谐波时，混频频率分别为3f₁、3f₂、2f₁+f₂，进入融合中心进行模糊逻辑判决；

所述基于学习的模糊逻辑判决和干扰自动消除包括如下步骤：

学习状态：

步骤一：初始化隶属函数因子α＝1；

步骤二：接收回波信号经过混频、检波后，依次进入模糊WCA-CFAR检测器进行检测，分别计算u₁、u₂、u₃，然后计算各自的隶属函数w₁、w₂、w₃，进入融合中心，计算出融合后的隶属函数W_F；

步骤三：计算学习隶属函数W_SF＝α·W_F；

步骤四：假如W_SF大于阈值T，则临时隶属函数因子α_tem＝α+β，其中，β为隶属函数因子增加值；

计算下一个q_m+1时的W_SF，若此时的W_SF仍然大于阈值T，则更新隶属函数因子α＝α_tem；否则不更新隶属函数因子，进入步骤三；

步骤五：达到学习时间时，结束；进入工作状态，以新的隶属度函数因子α进行检测；

工作状态：

步骤一：接收回波信号经过混频、检波后，依次进入模糊WCA-CFAR检测器进行检测，分别计算u₁、u₂、u₃，然后计算各自的隶属函数w₁、w₂、w₃，进入融合中心，计算出融合后的隶属函数W_F；

步骤二：接收回波信号经过混频、检波后，依次进入模糊WCA-CFAR检测器进行检测，分别计算二次谐波和三次谐波的u₁、u₂、u₃，然后计算各自的隶属函数w₁、w₂、w₃，进入融合中心，计算出融合后的隶属函数W_F；

步骤三：模糊逻辑判决；

假如W_F大于阈值T，则判决为“有信号”，否则为“无信号”；

步骤四：检测输出，输出判决状态为“有信号”或“无信号”。

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