CN111126318A - 一种信号失配下的参数可调双子空间信号检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信号失配下的参数可调双子空间信号检测方法，包括如下步骤：用训练样本形成采样协方差矩阵；用获得的采样协方差矩阵对待检测数据和左信号矩阵进行准白化；根据系统需求确定可调参数；利用可调参数、准白化后的左信号矩阵与待检测数据以及右信号矩阵构造检测统计量；计算检测统计量并与门限进行比较，若检测统计量高于门限，则判决目标存在；反之，则判决不存在目标。相比于传统检测方法，本发明设计的方法可通过调整可调参数实现对失配信号的稳健检测或者抑制，具有灵活的可调节特性；另外，检测方法本身具有恒虚警特性，因此无需额外的恒虚警处理步骤。

Description

一种信号失配下的参数可调双子空间信号检测方法

技术领域

本发明涉及一种信号失配下的参数可调双子空间信号检测方法，尤其适用于多通道有源相控阵雷达。

背景技术

目标检测是雷达最基本也是最重要的功能之一。当前，随着理论的发展与制造工艺的提升，雷达的分辨力不断提高，目标回波往往占据多个距离分辨单元、多个多普勒分别单元，甚至多个方位分辨单元。相应地，单个目标的雷达接收数据往往以双子空间信号形式存在，双子空间信号指的是行和列所在的子空间已知而坐标未知的矩形值信号。此外，对于由于相控阵雷达或多输入多输出(MIMO)雷达，数据的多通道特性在提升系统自由度的同时，也带来了某些问题，例如各通道之间的误差往往导致信号的导向矢量存在失配；而且，干扰信号的存在也会导致信号失配现象发生。因此，现阶段针对矩阵值信号检测的研究仍有不足。

发明内容

本发明的目的在于解决当信号发生失配时，矩阵值信号检测不到位的难题。

本发明提出如下的技术方案，一种信号失配下的参数可调双子空间信号检测方法，包括如下步骤：

用训练样本形成采样协方差矩阵；

用获得的采样协方差矩阵对待检测数据和左信号矩阵进行准白化；

根据系统需求确定可调参数；

利用可调参数、准白化后的左信号矩阵与待检测数据以及右信号矩阵构造检测统计量；

计算检测统计量并与门限进行比较，若检测统计量高于门限，则判决目标存在；反之，则判决不存在目标。

进一步地，所述用训练样本形成采样协方差矩阵为：

其中，N×1维列向量x_e,l表示第l个训练样本，L为训练样本数，上标(·)^H为共轭转置。

进一步地，所述用获得的采样协方差矩阵对待检测数据和左信号矩阵进行准白化后分别得到：

和

其中，S^-1/2＝UΛ^-1/2U^H，U为S特征分解时的酉矩阵，Λ＝diag(λ₁,λ₂,...,λ_N)为相应的对角矩阵，λ_n为第n个特征值，n＝1,2,…,N，diag(·)表示对角矩阵，

X为N×K维待检测数据，H为N×J维左信号矩阵。

进一步地，所述根据系统需求确定可调参数：若需要稳健检测方法则设置0＜γ＜1，若需要失配敏感检测方法则设置1＜γ＜3。

进一步地，所述利用可调参数、准白化后的左信号矩阵与待检测数据以及右信号矩阵构造检测统计量为：

其中，tr(·)表示矩阵的迹，

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明设计的检测方法无需独立的滤波过程，相比于传统先滤波后恒虚警处理的分步检测方法相比，具有简洁的检测流程；

2.本发明设计的检测方法具有恒虚警率特性，无需额外的恒虚警处理步骤；

3.本发明所设计的检测方法根据系统需要，通过调整可调参数可实现对失配信号的稳健检测或抑制。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明信号失配下的参数可调双子空间信号检测方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图来描述发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释发明的技术原理，并非在限制发明的保护范围。

请参阅图1所示，一种信号失配下的参数可调双子空间信号检测方法，包括如下步骤：用训练样本形成采样协方差矩阵；用获得的采样协方差矩阵对待检测数据和左信号矩阵进行准白化；根据系统需求确定可调参数；利用可调参数、准白化后的左信号矩阵与待检测数据以及右信号矩阵构造检测统计量；计算检测统计量并与门限进行比较，若检测统计量高于门限，则判决目标存在；反之，则判决不存在目标。

用N×K维矩阵X表示待检测数据，当待检测数据包含目标信号时，待检测数据可表示为X＝E+N，其中，E表示信号分量，且具有形式E＝HΒC，H为N×J维已知左信号矩阵，C为M×K维已知右信号矩阵，B为J×M维未知信号坐标矩阵。N表示杂波分量和噪声分量之和，N各列独立同分布，服从均值为零、协方差矩阵为R的复高斯分布。实际中，R是未知，需要一定数量的训练样本进行估计。

假设存在L个独立同分布的训练样本，记第l个训练样本为x_l，l＝1,2,…,L，x_l仅含有热噪声和杂波分量，且其协方差矩阵为R。

基于上述系统参数，本发明的详细步骤如下：

用训练样本形成采样协方差矩阵为：

其中，N×1维列向量x_e,l表示第l个训练样本，L为训练样本数，上标(·)^H为共轭转置。

用获得的采样协方差矩阵S对待检测数据X和左信号矩阵H进行准白化后，分别得到：

和

其中，S^-1/2＝UΛ^-1/2U^H，U为S特征分解时的酉矩阵，Λ＝diag(λ₁,λ₂,...,λ_N)为相应的对角矩阵，λ_n为第n个特征值，n＝1,2,…,N，diag(·)表示对角矩阵，

X为N×K维待检测数据，H为N×J维左信号矩阵。

根据系统需求确定可调参数：若希望检测统计量对失配信号具有稳健检测特性，则需要满足0＜γ＜1，且γ越小越稳健；若希望检测统计量对失配信号具有失配敏感性(即抑制失配信号，不把失配量过大的信号作为感兴趣的信号)，则需要满足γ＞1，且γ越大越稳健，但γ不宜过大，需满足范围1＜γ＜3。

利用可调参数γ、准白化后的左信号矩阵

与待检测数据

以及右信号矩阵构造检测统计量为：

其中，tr(·)表示矩阵的迹，

和

均为正交投影矩阵，其表达式分别为

和

计算检测统计量并与门限进行比较，检测统计量高于门限，则判决目标存在；反之，则判决不存在目标。

尽管已示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种信号失配下的参数可调双子空间信号检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

用训练样本形成采样协方差矩阵；

用获得的采样协方差矩阵对待检测数据和左信号矩阵进行准白化；

根据系统需求确定可调参数；

利用可调参数、准白化后的左信号矩阵与待检测数据以及右信号矩阵构造检测统计量；

计算检测统计量并与门限进行比较，若检测统计量高于门限，则判决目标存在；反之，则判决不存在目标。

2.根据权利要求1所述的信号失配下的参数可调双子空间信号检测方法，其特征在于，所述用训练样本形成采样协方差矩阵为：

其中，N×1维列向量x_e,l表示第l个训练样本，L为训练样本数，上标(·)^H为共轭转置。

3.根据权利要求1所述的信号失配下的参数可调双子空间信号检测方法，其特征在于，所述用获得的采样协方差矩阵对待检测数据和左信号矩阵进行准白化后分别得到：

和

其中，S^-1/2＝UΛ^-1/2U^H，U为S特征分解时的酉矩阵，Λ＝diag(λ₁,λ₂,...,λ_N)为相应的对角矩阵，λ_n为第n个特征值，n＝1,2,…,N，diag(·)表示对角矩阵，

X为N×K维待检测数据，H为N×J维左信号矩阵。

4.根据权利要求1所述的信号失配下的参数可调双子空间信号检测方法，其特征在于，所述根据系统需求确定可调参数：若需要稳健检测方法则设置0＜γ＜1，若需要失配敏感检测方法则设置1＜γ＜3。

5.根据权利要求1所述的信号失配下的参数可调双子空间信号检测方法，其特征在于，所述利用可调参数、准白化后的左信号矩阵与待检测数据以及右信号矩阵构造检测统计量为：

其中，tr(·)表示矩阵的迹，

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