基于先验知识的静止杂波环境动目标检测的波形优化方法技术

本发明专利技术提供一种基于先验知识的静止杂波环境动目标检测的波形优化方法，能够利用先验知识，获取目标响应、杂波响应的先验信息，确定运动目标回波信号模型，根据奈曼‑皮尔逊准则，对发射波形频域进行设计，使得面向运动目标的基于检测率的波形最优，分析不同噪声类型，根据噪声设计最优发射波形能量谱ESD，再使其反变换至时域，用于下一个脉冲发射。这样一来在同等虚警概率情况下，面向此运动目标的检测概率达到最大。

【技术实现步骤摘要】
基于先验知识的静止杂波环境动目标检测的波形优化方法
本专利技术涉及雷达波形设计领域，具体涉及一种基于先验知识的面向复杂环境动目标检测的波形优化技术
技术介绍
传统的运动目标检测雷达其原理是利用动目标回波的多普勒频移来区分动目标和固定目标。现在绝大部分动目标检测雷达用来检测运动目标的发射信号都是固定形式的，如线性调频信号、相位编码信号等，其波形时域或频域并不以检测目标特性、杂波特性的不同而进行改变，仅仅是分析固定信号照射到场景后的回波信号的相位变化。专利号CN201610578611.3(一种用于雷达波形设计优化的方法)提供了一种具有较好的图钉型模糊函数、低截获率、较好的抗干扰性能的波形设计优化方法。该方法未讨论目标具有运动特性的情况下如何设计良好的波形。专利号CN201510346063.7(一种多输入多输出雷达波形设计方法)提供了一种具有更低的相关旁瓣和谱抑制深度的、效率高、耗时少、鲁棒性高的波形设计方法。其方法可使MIMO雷达具有更好的检测性能，但是同样，其未讨论目标为运动情况下发射波形如何设计。专利号CN201610280180.2(非确知目标先验知识条件下MIMO雷达稳健波形设计)涉及非确知目标先验知识条件下MIMO雷达稳健波形优化的设计，可显著改善最差条件下参数估计性能，具有较好的稳健性。其未讨论目标为运动情况下MIMO雷达发射波形如何设计。Guerci,JosephR.等人的文章"CoFAR：认知全自适应雷达(CoFAR:Cognitivefullyadaptiveradar)"RadarConference,2014IEEE.IEEE,2014中，认为认知雷达的核心问题在于如何充分地利用先验和反馈的信息，并以迭代的方式获得其最优波形。Aubry,A.等人的文章“在异常拥挤的环境中通过非凸二次优化设计的雷达波型(Radarwaveformdesigninaspectrallycrowdedenvironmentvianonconvexquadraticoptimization)”AerospaceandElectronicSystems,IEEETransactionson50.2(2014):1138-1152中以合成的最优波形设计方法来保证在授权的频段内频谱兼容。Majumder,UttamK.等人提出的文章“一个新颖的方法设计传递和接收都是正交的多样雷达波型(Anovelapproachfordesigningdiversityradarwaveformsthatareorthogonalonbothtransmitandreceive)”RadarConference(RADAR),2013IEEE.IEEE,2013中提出了一种对于MIMO雷达收发正交的波形设计方法，公绪华提出的文章“杂波环境下面向扩展目标检测的自适应波形设计方法”清华大学学报:自然科学版51.11(2011):1742-1746中提出了一种杂波环境下面向扩展目标检测的自适应波形设计方法。这些文章从不同角度、不同目的对雷达波形进行设计，但其都未涉及到对于运动目标探测的波形设计。目前基本上所有基于先验信息的针对波形时域、频域进行设计的问题都是面向场景中静止目标进行的，以实现地表勘测、军事设施监视等功能。当检测目标是运动目标时，其回波会和静止目标回波在相位上表现出不一样的特征，而我们希望利用这些特征来进行面向特定速度运动目标的波形设计。这种基于先验信息的面向复杂环境动目标检测的波形设计还未被真正研究过。在此我们拓宽了波形设计的应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于先验知识的面向复杂环境动目标检测的波形优化技术，能够利用先验知识，对于复杂场景中的运动目标重新设计发射信号的频域信息，使其在同等虚警概率情况下，面向此运动目标的检测概率达到最大。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下方案解决问题；基于先验知识的静止杂波环境动目标检测的波形优化方法，其流程包含：S1、雷达发射检测信号，检测并计算运动目标径向速度信息；S2、获取目标响应、杂波响应的先验信息，背景杂波响应建模为广义平稳复高斯随机过程；加性噪声响应也服从于复高斯随机分布；S3、确定运动目标回波信号模型，根据奈曼-皮尔逊准则，对发射波形频域进行设计，使得面向运动目标的基于检测率的波形最优；S4、针对噪声类型，根据噪声PSD设计最优发射波形能量谱ESD；S5、根据最优发射波形能量谱ESD反变换至时域，用于下一个脉冲发射。本专利技术属于雷达波形设计领域，能够利用最优波形检测运动目标。通过杂波、目标等先验信息，在噪声不同的情况下，对发射信号的能量谱进行设计。本专利技术相比于传统的线性调频、相位编码等信号，在同等虚警概率情况下，能够达到更高的检测概率。附图说明图1是本专利技术所提出的算法流程图2是雷达发射接收信号模型图3是线性调频信号LFM信号与设计出的最优波形信号ESD对比图图4是同等虚警率下最优波形与LFM信号的检测率对比图具体实施方式本专利技术提供一种基于先验知识的面向复杂环境动目标检测的波形优化方法，已知背景杂波响应hc(t)建模为广义平稳复高斯随机过程；加性噪声响应也服从于复高斯随机分布；目标运动速度为已知。根据奈曼-皮尔逊准则，对发射波形频域进行设计，达到面向特定运动目标的基于检测率的波形最优。其具体流程框图如图1所示。S1、雷达发射检测信号，检测并计算运动目标径向速度信息；S2、获取目标响应、杂波响应的先验信息，背景杂波响应建模为广义平稳复高斯随机过程；加性噪声响应也服从于复高斯随机分布；S3、确定运动目标回波信号模型，根据奈曼-皮尔逊准则，对发射波形频域进行设计，使得面向运动目标的基于检测率的波形最优；S4、针对噪声类型，根据噪声PSD设计最优发射波形能量谱ESD；S5、根据最优发射波形能量谱ESD反变换至时域，用于下一个脉冲发射。确定运动目标模型函数x(t)时，其推导过程如下：通常，雷达发射的脉冲在距离向可以写成s(t)·exp(j2πf0t)，其中f0为其载波频率，s(t)为基带雷达信号。发射信号照射到目标，假设目标速度为0，与雷达天线间距为R，则目标模型可以写为：其中δ(t)是狄拉克函数，衰减参数αl包含了发射增益、双程衰减和目标第l个散射横截面的散射系数；常数τ为从发射天线到目标的往返延迟时间，其可以表示为τ＝2R/c，其中c＝3×108m/s为光传播的速度。假设距离参数ζi统计上独立，且L很大，则我们可以通过中心极限定理获得目标的响应为：其中是复高斯随机过程(遵从于SwerlingI模型)，其分布服从于表示服从于均值为0，方差为σα的复高斯分布，其中σα为一常数。由以上可得，照射到目标的回波信号可以写为：刚刚分析的是在目标径向速度为0的情况。现在假设目标具有恒定的径向速度v，则目标到发射机的瞬时速度为R(t)＝R0-vt。注意到接收机在时刻t时接收到的信号，是目标在[t-(τ(t)/2)]时对发射信号的反射。τ(t)是双程延迟时间，可以表示为：据此，在时刻[t-(τ(t)/2)]时，目标到发射机的距离为：注意到v/c＜＜1。解τ(t)可得：由上式，具有径向速度v的目标的回波信号可以写作：用s(t-τ)来代替由于具有均匀相位，可以把exp(j2πf0τ)相位合并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于先验知识的静止杂波环境动目标检测的波形优化方法，其特征在于，该方法的步骤为：S1、雷达发射检测信号，检测并计算运动目标径向速度信息；S2、获取目标响应、杂波响应的先验信息，背景杂波响应建模为广义平稳复高斯随机过程；加性噪声响应也服从于复高斯随机分布；S3、确定运动目标回波信号模型，根据奈曼‑皮尔逊准则，对发射波形频域进行设计，使得面向运动目标的基于检测率的波形最优；S4、针对噪声类型，根据噪声PSD设计最优发射波形能量谱ESD；S5、根据最优发射波形能量谱ESD反变换至时域，用于下一个脉冲发射。

【技术特征摘要】
1.一种基于先验知识的静止杂波环境动目标检测的波形优化方法，其特征在于，该方法的步骤为：S1、雷达发射检测信号，检测并计算运动目标径向速度信息；S2、获取目标响应、杂波响应的先验信息，背景杂波响应建模为广义平稳复高斯随机过程；加性噪声响应也服从于复高斯随机分布；S3、确定运动目标回波信号模型，根据奈曼-皮尔逊准则，对发射波形频域进行设计，使得面向运动目标的基于检测率的波形最优；S4、针对噪声类型，根据噪声PSD设计最优发射波形能量谱ESD；S5、根据最优发射波形能量谱ESD反变换至时域，用于下一个脉冲发射。2.如权利要求1所述的基于先验知识的静止杂波环境动目标检测的波形优化方法，其特征在于，S3中确定运动目标回波信号模型函数x(t)，若目标速度为0，式中，雷达发射的脉冲在距离向使用基带雷达信号s(t)写成s(t)·exp(j2πf0t)，其中f0为其载波频率；运动目标模型其中δ(t)是狄拉克函数；是复高斯随机过程，分布服从于σα为一常数；常数τ为从发射天线到目标的往返延迟时间，表示为τ＝2R/c，其中c为光传播的速度，R为目标与雷达天线间距。3.如权利要求2所述的基于先验知识的静止杂波环境动目标检测的波形优化方法，其特征在于，S3中确定运动目标回波信号模型函数x(t)，若目标具有恒定的径向速度v，式中fD＝2vf0/c。4.如权利要求3所述的基于先验知识的静止杂波环境动目标检测的波形优化方法，其特征在于，S3中，通过选择ε(f)，使得探测效率函数I达到最大：式中，限制条件为ε(f)＝|S(f)|2，为ε(f)的周期拓展，右移fD再取主值区间的函数；E为信号能量；Pn(f)为加性噪声的功率谱密度函数；W为设计带宽；Pc...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱炳祺，黄飞，陆满君，杜科，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31