一种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法，思路为：确定分布式雷达系统，所述分布式雷达系统由N个局部雷达站和一个融合中心组成，融合中心为中央连接点，N个局部雷达站分别与融合中心直接相连成星型；构建目标信号模型，进而分别得到存在目标H1条件下分布式雷达系统中第i个局部雷达站接收的回波信号xi的分布函数f(x|H0)和不存在目标H0条件下分布式雷达系统中第i个局部雷达站接收的回波信号xi的分布函数f(x|H1)；进而计算第1个局部雷达站向融合中心传输的加密信息z1'至第N个局部雷达站向融合中心传输的加密信息z'N后传输至融合中心；融合中心对接收的所有信息进行解密，并计算融合中心似然比，得到分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理结果。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法
本专利技术属于雷达
，特别涉及一种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法，适用于降低分布式多站雷达系统之间的通信带宽。
技术介绍
雷达利用发射的无线电波探测空间中的物体并确定其距离、方位角、仰角、速度等各项参数，广泛应用于导航、气象预报、地质测绘、军事等领域；雷达收集的所有信息都包含在雷达回波中,存储或传输回波数据需要大量的容量或带宽,节省存储容量或传输带宽是雷达回波数据压缩课题的核心任务。随着外部环境和电子对抗不断深化,雷达的生存环境和检测能力遇到越来越大的挑战；为了迎接这些挑战,人们需要利用一些新的处理方法和新的处理手段,而这些新的处理方法和新的处理手段的有效性、实用性需要用实际数据进行检验，这样,就要求将雷达回波实际数据采集并存储下来；由于雷达系统面临的环境相当复杂,雷达回波中可能含有杂波、干扰和系统内部噪声,且雷达回波的带宽相当宽,因此数据采集的采样率一般在1MHz以上；同时,采集系统还要求数据采集的时间以分钟或小时为单位以便各种新的信号处理算法的验证,这无疑将会对信号的传输带宽和存储设备的容量提出很高的要求；例如,以每一个数据12位有效长度、采样率为10MHz计算,当进行数据传输时,要求传输线路的速率在120Mbps以上；当存储一个小时采集的数据时,要求的存储容量为54000Mbyte。因此,研究雷达回波数据压缩的方法,在降低传输带宽、提高传输速率、减少存储设备的开销等方面具有重要意义,它也是决定一个数据采集系统能否实际可行的重要前提之一。当前的雷达回波数据压缩方法主要集中在雷达信号量化，在尽可能地降低由于量化带来的性能损失下，设计量化器对雷达回波信号进行量化，不足之处在于通常情况下，雷达回波信号数据中大部分是噪声，在分布式多站雷达系统中，将这些仅包含噪声的雷达信号传输到融合中心并不能提高整个分布式系统的检测性能，同时也大大地浪费了通信带宽资源。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法，该种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法结合距离单元位置编码和雷达信号数据量化编码，能够有效地降低通带宽，同时能够使整个系统保持一个很好的检测性能。本专利技术的技术思路是：考虑到雷达回波信号数据中大部分是噪声，在分布式多站雷达系统中，将这些仅包含噪声的雷达信号传输到融合中心并不能提高整个分布式系统的检测性能，同时也浪费着分布式系统的通信带宽资源，因此结合距离单元位置编码和过局部雷达门限的回波信号数据量化编码，再进一步数据压缩编码，仅将包含目标信号的雷达回波信号数据加密后传输至融合中心判决，能有效地降低通带宽，提高保密特性，同时能使整个系统保持一个良好的检测性能。为达到上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法，包括以下步骤：步骤1，确定分布式雷达系统，所述分布式雷达系统由N个局部雷达站和一个融合中心组成，且所述分布式雷达系统的结构为星型拓扑结构，融合中心为中央连接点，N个局部雷达站分别与融合中心直接相连成星型；其中，N为大于0的正整数；步骤2，确定分布式雷达系统中第i个局部雷达站的检验统计量ti，然后分别给定存在目标H1条件下ti的概率密度函数和不存在目标H0条件下ti的概率密度函数；i∈[1,2,…,N]；步骤3，根据不存在目标H0条件下ti的概率密度函数对第i个局部雷达站设定门限，记为第i个局部雷达站初始门限Vi；步骤4，确定随机变量Xi，随机变量Xi表示为第i个局部雷达站接收的回波信号中，信号幅度超过Vi的两个相邻采样点之间的距离单元总个数；然后分别确定存在目标H1条件下随机变量Xi的概率分布函数与不存在目标H0条件下随机变量Xi的概率分布函数；步骤5，将存在目标H1条件下随机变量Xi的概率分布函数与不存在目标H0条件下随机变量Xi的概率分布函数，记为Xi＝k时的概率值p(Xi＝k)，然后对Xi＝k时的概率值p(Xi＝k)进行数据压缩编码，得到数据压缩编码后的概率值，记为Xi＝k时对应的可译二元码rik，k∈[1,2,...,n]，n表示分布式雷达系统中第i个局部雷达站在一个脉冲重复周期的采样点总个数；步骤6，构建目标信号模型，进而分别得到存在目标H1条件下分布式雷达系统中第i个局部雷达站接收的回波信号xi的分布函数和不存在目标H0条件下分布式雷达系统中第i个局部雷达站接收的回波信号xi的分布函数；步骤7，根据分布式雷达系统中第i个局部雷达站的检验统计量，以及存在目标H1条件下分布式雷达系统中第i个局部雷达站接收的回波信号xi的分布函数和不存在目标H0条件下分布式雷达系统中第i个局部雷达站接收的回波信号xi的分布函数，计算得到数据压缩编码后的量化结果；步骤8，确定第i个局部雷达站处于工作状态时在yi时刻接收的回波信号方位信息为bi，并根据数据压缩编码后的量化结果，得到第i个局部雷达站向融合中心传输的信息后进行加密，得到第i个局部雷达站向融合中心传输的加密信息，并将第i个局部雷达站向融合中心传输的加密信息zi'传输至融合中心；步骤9，令i的值加1，重复步骤2至步骤8，进而分别得到第1个局部雷达站向融合中心传输的加密信息z1'至第N个局部雷达站向融合中心传输的加密信息z'N，并将第1个局部雷达站向融合中心传输的加密信息z1'至第N个局部雷达站向融合中心传输的加密信息z'N传输至融合中心；步骤10，融合中心对接收的所有信息进行解密，得到解密后的所有信息；步骤11，融合中心确定空间区域，并根据解密后的所有信息，得到覆盖空间区域的雷达量化数据u。步骤12，根据覆盖空间区域的雷达量化数据u，确定融合中心的准信号融合判决准则，进而得到融合中心似然比；设定融合中心的检测门限，并根据融合中心似然比，得到分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理结果。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：第一，本专利技术结合实际工程应用，结合距离单元位置编码和过局部雷达门限的回波信号数据量化编码，能非常有效地降低分布式系统的通信带宽，同时也提高了通信的保密性能。第二，本专利技术方法在有效地降低通带宽条件下，同时能使整个分布式多站雷达系统保持一个良好的检测性能。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1为本专利技术的一种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法的实现流程图；图2为采用基于巴氏距离设计的局部雷达量化门限的实验结果曲线图；图3为本专利技术中分布式多站雷达系统检测性能的实验结果曲线图。具体实施方式参照图1，为本专利技术的一种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法的实现流程图；其中所述分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法，包括以下步骤：步骤1，确定分布式雷达系统，所述分布式雷达系统由N个局部雷达站和一个融合中心组成，且所述分布式雷达系统的结构为星型拓扑结构，融合中心为中央连接点，N个局部雷达站分别与融合中心直接相连成星型；其中，融合中心的虚警率为pf,第i个局部雷达站的脉冲重复周期(PRT)为Ti，第i个局部雷达站的虚警率为第i个局部雷达站的距离分辨率为△Ri，i∈[1,2,…,N]，N表示分布式雷达系统包含的局部雷达站总个数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定分布式雷达系统，所述分布式雷达系统由N个局部雷达站和一个融合中心组成，且所述分布式雷达系统的结构为星型拓扑结构，融合中心为中央连接点，N个局部雷达站分别与融合中心直接相连成星型；其中，N为大于0的正整数；步骤2，确定分布式雷达系统中第i个局部雷达站的检验统计量ti，然后分别给定存在目标H1条件下ti的概率密度函数和不存在目标H0条件下ti的概率密度函数；i∈[1,2,…,N]；步骤3，根据不存在目标H0条件下ti的概率密度函数对第i个局部雷达站设定门限，记为第i个局部雷达站初始门限V

【技术特征摘要】
1.一种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定分布式雷达系统，所述分布式雷达系统由N个局部雷达站和一个融合中心组成，且所述分布式雷达系统的结构为星型拓扑结构，融合中心为中央连接点，N个局部雷达站分别与融合中心直接相连成星型；其中，N为大于0的正整数；步骤2，确定分布式雷达系统中第i个局部雷达站的检验统计量ti，然后分别给定存在目标H1条件下ti的概率密度函数和不存在目标H0条件下ti的概率密度函数；i∈[1,2,…,N]；步骤3，根据不存在目标H0条件下ti的概率密度函数对第i个局部雷达站设定门限，记为第i个局部雷达站初始门限Vi；步骤4，确定随机变量Xi，随机变量Xi表示为第i个局部雷达站接收的回波信号中，信号幅度超过Vi的两个相邻采样点之间的距离单元总个数；然后分别确定存在目标H1条件下随机变量Xi的概率分布函数与不存在目标H0条件下随机变量Xi的概率分布函数；步骤5，将存在目标H1条件下随机变量Xi的概率分布函数与不存在目标H0条件下随机变量Xi的概率分布函数，记为Xi＝k时的概率值p(Xi＝k)，然后对Xi＝k时的概率值p(Xi＝k)进行数据压缩编码，得到数据压缩编码后的概率值，记为Xi＝k时对应的可译二元码rik；k∈[1,2,...,n]，n表示分布式雷达系统中第i个局部雷达站在一个脉冲重复周期的采样点总个数；步骤6，构建目标信号模型，进而分别得到存在目标H1条件下分布式雷达系统中第i个局部雷达站接收的回波信号xi的分布函数和不存在目标H0条件下分布式雷达系统中第i个局部雷达站接收的回波信号xi的分布函数；步骤7，根据分布式雷达系统中第i个局部雷达站的检验统计量，以及存在目标H1条件下分布式雷达系统中第i个局部雷达站接收的回波信号xi的分布函数和不存在目标H0条件下分布式雷达系统中第i个局部雷达站接收的回波信号xi的分布函数，计算得到数据压缩编码后的量化结果；步骤8，确定第i个局部雷达站处于工作状态时在yi时刻接收的回波信号方位信息为bi，并根据数据压缩编码后的量化结果，得到第i个局部雷达站向融合中心传输的信息后进行加密，得到第i个局部雷达站向融合中心传输的加密信息，并将第i个局部雷达站向融合中心传输的加密信息z′i传输至融合中心；步骤9，令i的值加1，重复步骤2至步骤8，进而分别得到第1个局部雷达站向融合中心传输的加密信息z′1至第N个局部雷达站向融合中心传输的加密信息z′N，并将第1个局部雷达站向融合中心传输的加密信息z′1至第N个局部雷达站向融合中心传输的加密信息z′N传输至融合中心；步骤10，融合中心对接收的所有信息进行解密，得到解密后的所有信息；步骤11，融合中心确定空间区域，并根据解密后的所有信息，得到覆盖空间区域的雷达量化数据u。步骤12，根据覆盖空间区域的雷达量化数据u，确定融合中心的准信号融合判决准则，进而得到融合中心似然比；设定融合中心的检测门限，并根据融合中心似然比，得到分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理结果。2.如权利要求1所述的一种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法，其特征在于，在步骤2中，所述分布式雷达系统中第i个局部雷达站的检验统计量ti，其得到过程为：将第i个局部雷达站接收到的回波信号经过混频、中频放大和检波处理后得到的信号，记为分布式雷达系统中第i个局部雷达站的检验统计量ti；所述存在目标H1条件下ti的概率密度函数f(ti|H1)和不存在目标H0条件下ti的概率密度函数f(ti|H0)，其表达式分别为：其中，μi表示分布式雷达系统中第i个局部雷达站的背景噪声功率，λi表示分布式雷达系统中第i个局部雷达站的接收通道信噪比，i∈[1,2,…,N]，N表示分布式雷达系统包含的局部雷达站总个数，exp表示指数函数。3.如权利要求2所述的一种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法，其特征在于，在步骤3中，所述第i个局部雷达站初始门限Vi，其表达式为：表示分布式雷达系统中第i个局部雷达站的虚警率，dti表示ti的微分，ti表示分布式雷达系统中第i个局部雷达站的检验统计量，μi表示分布式雷达系统中第i个局部雷达站的背景噪声功率，ln表示底数为e的对数函数。4.如权利要求3所述的一种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法，其特征在于，在步骤4中，所述存在目标H1条件下随机变量Xi的概率分布函数P(Xi＝k|H1)与不存在目标H0条件下随机变量Xi的概率分布函数P(Xi＝k|H0)，其表达式分别为：其中，n表示分布式雷达系统中第i个局部雷达站在一个脉冲重复周期的采样点总个数，表示分布式雷达系统中第i个局部雷达站的虚警率；P(Xi＝k|H1)＝(1-p(x1|H1))×(1-p(x2|H1))×...×(1-p(xk-1|H1))×p(xk|H1)其中，k＝1,2...,n，p(xk|H1)表示第i个局部雷达站的回波信号中，若第l个采样点的回波信号幅度超过Vi，则第l+k个距离单元对应的回波信号幅度超过Vi的概率；l＝1,2...,n-k，n＞k，xk表示第l+k个距离单元对应的回波信号，x表示函数自变量，dx表示x的微分。5.如权利要求4所述的一种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法，其特征在于，在步骤6中，所述目标信号模型，其构建过程为：目标信号模型包括存在目标H1条件下分布式雷达系统中第i个雷达接收的回波信号xi的目标信号模型和不存在目标H0条件下分布式雷达系统中第i个雷达接收的回波信号xi的目标信号模型，其表达式为：H0:xi＝wiH1:xi＝θ+wi其中，xi表示分布式雷达系统中第i个局部雷达站接收的回波信号，wi表示0均值、功率为μi的高斯白噪声，μi表示分布式雷达系统中第i个局部雷达站的背景噪声功率；θ表示目标信号；所述存在目标H1条件下分布式雷达系统中第i个局部雷达站接收的回波信号xi的分布函数f(x|H0)和不存在目标H0条件下分布式雷达系统中第i个局部雷达站接收的回波信号xi的分布函数f(x|H1)，其表达式分别为：其中，λi表示分布式雷达系统中第i个局部雷达站的接收通道信噪比，x表示函数自变量。6.如权利要求5所述的一种分布式雷达低通信量准信号融合目标探测处理方法，其特征在于，步骤7的子步骤为：7a)设定分布式雷达系统中第i个局部雷达站的检验统计量ti量化为ui后包含M个量化区间，M个量化区间对应的量化值分别为ui,0、ui,1、…、ui,k'、…、ui,M-1，k'∈[0,1,...,M-1]，ui,k'表示ui中第k'个量化区间对应的量化值，进而得到第i个局部雷达站需要确定的M-1个量化门限，分别为表示第i个局部雷达站需要确定的第r个量化门限，r∈[1,2,...,M-1]；7b)分别得到瑞利杂波环境中不存在目标H0条件下ui的概率分布函数P(ui＝ui,k'|H0)和瑞利杂波环境中存在目标H1条件下ui的概率分布函数P(ui＝ui,k'|H1)，具体为：当k'＝0时，分别得到瑞利杂波环境中不存在目标H0条件下ui的概率分布函数P(ui＝ui,0|H0)和瑞利杂波环境中存在目标H1条件下ui的概率分布函数P(ui＝ui,0|H1)，其表达式分别为：当1≤k'≤M-2时，分别得到瑞利杂波环境中不存在目标H0条件下ui的概率分布函数P(ui＝ui,k'|H0)和瑞利杂波环境中存在目标H1条件下ui的概率分布函数P(ui＝ui,k'|H1)，其表达式分别为：

【专利技术属性】
技术研发人员：周生华，李雪，左林虎，刘宏伟，曹鼎，
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