全相参全极化MIMO雷达四通道融合目标检测方法技术

本发明专利技术公开一种全相参全极化MIMO雷达四通道融合信噪比加权目标检测方法，主要解决传统的非相干积累检测器在四个极化通道回波信号信噪比不同时检测性能下降的问题。其实现方案包括：1)全相参全极化MIMO雷达通过正交极化通道发射波形相互正交的信号；2)全相参全极化MIMO雷达通过正交极化通道接收回波信号；3)对正交极化接收通道接收的回波信号进行四路脉冲压缩，得到四个极化通道回波信号；4)对四个极化通道回波信号进行信噪比加权融合检测。本发明专利技术与现有技术相比，不仅具有恒虚警性能，而且可以获得更好的检测性能，可用于实现全相参全极化MIMO雷达在噪声背景下的目标检测。

Four channel fusion target detection method for fully coherent polarimetric MIMO radar

The invention discloses a coherent polarimetric radar fusion MIMO four channel SNR weighted target detection method, non coherent detector in four channel polarization echo signal SNR is not the same detection performance decline mainly to solve the problem of the traditional. The program includes: 1) coherent polarimetric MIMO radar transmitting orthogonal waveform through orthogonal polarization channels; 2) coherent polarimetric MIMO radar echo signal through orthogonal polarization channels; 3) for four pulse compression of echo signal in orthogonal polarization receiving channel receiving, four channel polarization echo signal 4); in four polarization channel echo signal SNR weighted fusion detection. Compared with the prior art, the invention not only has the constant false alarm performance, but also can obtain better detection performance, and can be used to realize the target detection of the all coherent polarimetric MIMO radar in the noise background.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达
，具体的说是一种目标检测方法，可用于实现全相参全极化MIMO雷达在噪声背景下对目标的检测。
技术介绍
已有研究成果表明，如同频率分集和空间散射分集一样，全极化雷达可以获得空间目标的极化分集增益，提高雷达系统的目标检测性能。全相参全极化MIMO雷达的核心思想是雷达发射信号由两个具有一定带宽的调制信号相干叠加得到，两个正交极化通道的发射波形尽可能正交，即二者的互相关函数尽可能小，然后对每个雷达回波信号同时进行两路正交波形的相关接收，利用信号调制的正交性分离出不同发射极化对应的回波，从而同时得到四路不同极化通道的回波信号，通过对四路极化通道信号的融合处理，来增强目标的检测性能。对具有一定信噪比的极化雷达信号，利用噪声、杂波和目标的极化信息差异提高检测概率，这就是目标极化检测。基于不同背景，学者们提出了多种极化检测器。美国MIT林肯实验室Novak等人提出的最优极化检测器OPD，是Neymann-Pearson准则下的最优检测器，其检测性能给出了所有检测器的上限。但是，OPD检测器需要精确已知目标回波的协方差矩阵，这在实际使用中不易获得，所以，常用均匀加权的非相干积累检测器来融合不同极化接收通道中的回波信号。均匀加权的非相干积累检测器在贝叶斯意义下最优的条件是，各个极化通道的目标回波信号在统计上相互独立，且具有相同的信噪比。但是，对于全相参全极化MIMO雷达，由于雷达目标极化散射特性的不同，导致四个不同极化通道的目标回波信号可能具有不同的信噪比，并且这四路信号并不一定统计独立，这些都会降低均匀加权的非相干积累检测器的检测性能。专利技术内容本专利技术的目的在于克服上述已有极化检测器在目标检测性能上的不足，提出一种全相参全极化MIMO雷达四通道融合目标检测方法，以进一步提高目标检测性能。本专利技术的技术思路是：依据四个不同极化通道回波信号的信噪比进行加权，故称作四通道融合信噪比加权检测器。在已知四个极化通道信噪比且四个极化通道目标回波信号相互独立的条件下，它在贝叶斯意义下是最优的，从而能达到检测性能的上界。在估计得到四个极化通道信噪比且各通道回波相关的情况下，其检测性能也优于均匀加权的非相干积累检测器。全相参全极化MIMO雷达具有两路独立调制正交极化发射通道、两路正交极化接收通道，通过双极化通道同时发射正交调制波形，并同时进行两路正交相关接收，分别进行匹配滤波，通过对四路匹配滤波输出进行融合处理来进行目标检测。根据上述思路，本专利技术的实现技术方案如下：(1)全相参全极化MIMO雷达的垂直极化发射通道V和水平极化发射通道H同时发射波形相互正交的信号sV(t)和sH(t)，即满足下述关系式：其中，sV(t)表示垂直极化通道的发射信号，sH(t)表示水平极化通道的发射信号，t表示时间，τ表示任意时延，T表示发射脉冲时宽，*表示复数共轭；(2)全相参全极化MIMO雷达的垂直极化接收通道和水平极化接收通道同时接收回波信号，得到垂直极化接收通道的回波信号rV(t)和水平极化接收通道的回波信号rH(t)；(3)利用所述发射信号sV(t)和sH(t)对应的两种匹配滤波器，分别对全相参全极化MIMO雷达垂直极化接收通道rV(t)的回波信号和水平极化接收通道的回波信号rH(t)进行脉冲压缩，得到脉冲压缩后的四路回波信号rVV、rVH、rHV和rHH；(4)构建四通道融合信噪比加权极化检测器模型，对全相参全极化MIMO雷达的回波信号进行融合检测：4a)将全相参全极化MIMO雷达四个极化通道的回波信号rVV、rVH、rHV和rHH写成向量rO的形式：rO＝[rVV,rVH,rHV,rHH]T，其中，T表示矩阵转置；4b)利用全相参全极化MIMO雷达四个极化通道的回波信号rVV、rVH、rHV和rHH的信噪比，构造加权对角矩阵P：其中，λVV表示VV极化通道的回波信号rVV的信噪比，λVH表示VH极化通道的回波信号rVH的信噪比，λHV表示HV极化通道的回波信号rHV的信噪比，λHH表示HH极化通道的回波信号rHH的信噪比；4c)根据全相参全极化MIMO雷达的回波信号向量rO和加权对角矩阵P计算检验统计量TSW：其中，H表示矩阵的共轭转置；4d)根据给定的虚警概率Pf，通过下式计算判决门限g：其中，表示服从权向量为p、自由度向量为k＝[2,2,2,2]T的加权卡方分布，表示分布的概率密度函数从g到+∞的积分；4e)将检验统计量TSW与判决门限g进行比较，若TSW≥g，则判定为有目标，若TSW<g，则判定为没有目标。本专利技术具有如下优点：第一，由于本专利技术采用双极化发射和双极化接收，并且两路发射信号相互正交，所以可以同时获得四个极化通道的回波信号用于目标检测，增加了检测可用的信息量；第二，由于本专利技术采用四通道融合信噪比加权极化检测器，提高了系统的检测性能。仿真实验证明：当四个极化通道回波信号的信噪比已知时，本专利技术的检测性能达到检测性能的上限；当四个极化通道回波信号的信噪比未知时，本专利技术的检测性能优于传统的非相干积累检测器，更接近检测性能的上限。附图说明图1为本专利技术的实现流程图；图2为用本专利技术在四个极化通道回波信号信噪比已知条件下的检测概率曲线图；图3为用本专利技术在四个极化通道回波信号信噪比未知条件下的检测概率曲线图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参照图1，本专利技术的实现步骤如下：步骤1，全相参全极化MIMO雷达正交极化通道发射波形相互正交的信号。全相参全极化MIMO雷达包含垂直极化发射通道V和水平极化发射通道H这两个发射通道，两个发射通道同时发射信号，且垂直极化发射通道V发射的信号为sV(t)，水平极化发射通道H发射的信号为sH(t)；所述的两个发射信号sV(t)和sH(t)满足下述关系式，使其波形相互正交：其中，t表示时间，τ表示任意时延，T表示发射脉冲时宽，*表示复数共轭。步骤2，全相参全极化MIMO雷达正交极化通道接收信号。全相参全极化MIMO雷达的垂直极化接收通道和水平极化接收通道同时接收回波信号，得到垂直极化接收通道的回波信号rV(t)和水平极化接收通道的回波信号rH(t)：rV(t)＝bVVsV(t-2R/c)+bHVsH(t-2R/c)+zV(t)rH(t)＝bVHsV(t-2R/c)+bHHsH(t-2R/c)+zH(t)其中，bVV表示垂直极化通道发射信号经雷达目标反射后进入垂直极化接收通道的信号幅度，bHV表示水平极化通道发射信号经雷达目标反射后进入垂直极化接收通道的信号幅度，bVH表示垂直极化通道发射信号经雷达目标反射后进入水平极化接收通道的信号幅度，bHH表示水平极化通道发射信号经雷达目标反射后进入水平极化接收通道的信号幅度；R表示目标与雷达之间的距离；c表示光速；zV(t)表示垂直极化接收通道的噪声信号，zH(t)表示水平极化接收通道的噪声信号。步骤3，对正交极化接收通道的回波信号进行四路脉冲压缩。3a)设上述两个发射信号sV(t)和sH(t)分别对应的匹配滤波器的冲激响应hV(t)和hH(t)为：其中，hV(t)表示垂直极化发射信号sV(t)对应的匹配滤波器的冲激响应，hH(t)表示水平极化发射信号sH(t)对应的匹配滤波器的冲激响应，t表示时间，τ0表示一固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全相参全极化MIMO雷达四通道融合信噪比加权目标检测方法，包括：(1)全相参全极化MIMO雷达的垂直极化发射通道V和水平极化发射通道H同时发射波形相互正交的信号sV(t)和sH(t)，即满足下述关系式：∫0TsV(t)sH*(t-τ)dt≈0]]>其中，sV(t)表示垂直极化通道的发射信号，sH(t)表示水平极化通道的发射信号，t表示时间，τ表示任意时延，T表示发射脉冲时宽，*表示复数共轭；(2)全相参全极化MIMO雷达的垂直极化接收通道和水平极化接收通道同时接收回波信号，得到垂直极化接收通道的回波信号rV(t)和水平极化接收通道的回波信号rH(t)；(3)利用所述发射信号sV(t)和sH(t)对应的两种匹配滤波器，分别对全相参全极化MIMO雷达垂直极化接收通道的回波信号rV(t)和水平极化接收通道的回波信号rH(t)进行脉冲压缩，得到脉冲压缩后的四个极化通道回波信号rVV、rVH、rHV和rHH；(4)构建四通道融合信噪比加权极化检测器模型，对全相参全极化MIMO雷达的回波信号进行融合检测：4a)将全相参全极化MIMO雷达四个极化通道的回波信号rVV、rVH、rHV和rHH写成向量rO的形式：rO＝[rVV,rVH,rHV,rHH]T，其中，T表示矩阵转置；4b)利用全相参全极化MIMO雷达四个极化通道的回波信号rVV、rVH、rHV和rHH的信噪比，构造加权对角矩阵P：P=λVV/(1+λVV)0000λVH/(1+λVH)0000λHV/(1+λHV)0000λHH/(1+λHH)]]>其中，λVV表示VV极化通道的回波信号rVV的信噪比，λVH表示VH极化通道的回波信号rVH的信噪比，λHV表示HV极化通道的回波信号rHV的信噪比，λHH表示HH极化通道的回波信号rHH的信噪比；4c)根据全相参全极化MIMO雷达的回波信号向量rO和加权对角矩阵P计算检验统计量TSW：TSW=2rOHPrO,]]>其中，H表示矩阵的共轭转置；4d)根据给定的虚警概率Pf，通过下式计算判决门限g：Pf=Q(g,Θpk),]]>其中，表示服从权向量为p、自由度向量为k＝[2,2,2,2]T的加权卡方分布，表示分布的概率密度函数从g到+∞的积分；4e)将检验统计量TSW与判决门限g进行比较，若TSW≥g，则判定为有目标，若TSW<g，则判定为没有目标。...

【技术特征摘要】
1.一种全相参全极化MIMO雷达四通道融合信噪比加权目标检测方法，包括：(1)全相参全极化MIMO雷达的垂直极化发射通道V和水平极化发射通道H同时发射波形相互正交的信号sV(t)和sH(t)，即满足下述关系式：∫0TsV(t)sH*(t-τ)dt≈0]]>其中，sV(t)表示垂直极化通道的发射信号，sH(t)表示水平极化通道的发射信号，t表示时间，τ表示任意时延，T表示发射脉冲时宽，*表示复数共轭；(2)全相参全极化MIMO雷达的垂直极化接收通道和水平极化接收通道同时接收回波信号，得到垂直极化接收通道的回波信号rV(t)和水平极化接收通道的回波信号rH(t)；(3)利用所述发射信号sV(t)和sH(t)对应的两种匹配滤波器，分别对全相参全极化MIMO雷达垂直极化接收通道的回波信号rV(t)和水平极化接收通道的回波信号rH(t)进行脉冲压缩，得到脉冲压缩后的四个极化通道回波信号rVV、rVH、rHV和rHH；(4)构建四通道融合信噪比加权极化检测器模型，对全相参全极化MIMO雷达的回波信号进行融合检测：4a)将全相参全极化MIMO雷达四个极化通道的回波信号rVV、rVH、rHV和rHH写成向量rO的形式：rO＝[rVV,rVH,rHV,rHH]T，其中，T表示矩阵转置；4b)利用全相参全极化MIMO雷达四个极化通道的回波信号rVV、rVH、rHV和rHH的信噪比，构造加权对角矩阵P：P=λVV/(1+λVV)0000λVH/(1+λVH)0000λHV/(1+λHV)0000λHH/(1+λHH)]]>其中，λVV表示VV极化通道的回波信号rVV的信噪比，λVH表示VH极化通道的回波信号rVH的信噪比，λHV表示HV极化通道的回波信号rHV的信噪比，λHH表示HH极化通道的回波信号rHH的信噪比；4c)根据全相参全极化MIMO雷达的回波信号向量rO和加权对角矩阵P计算检验统计量TSW：TSW=2rOHPrO,]]>其中，H表示矩阵的共轭转置；4d)根据给定的虚警概率Pf，通过下式计算判决门限g：Pf=Q(g,Θpk),]]>其中，表示服从权向量为p、自由度向量为k＝[2,2,2,2]T的加权卡方分布，表示分布的概率密...

【专利技术属性】
技术研发人员：周生华，张新勋，刘宏伟，徐磊磊，刘军，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61