雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法和系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法和系统，检测方法包括：基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵，建立二元假设检验模型；通过交替迭代方法，获取二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值，以及，二元假设检验模型的备选假设下的扰动协方差矩阵的第二估计值；基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则，根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标。本发明专利技术进行参数估计时兼顾了似然函数最大化和杂波协方差矩阵的低秩特性，在非完整观测场景下能够得到更高的参数估计精度。

Distance extended target detection method and system based on radar nonholonomic observation

The embodiment of the present invention provides a method and a system for detecting range spread targets under radar nonholonomic observation. The detection method includes: establishing a binary hypothesis test model based on the received data matrix of all range units of the radar; obtaining the perturbation under the original hypothesis of the binary hypothesis test model by alternating iteration method. The first estimate of the covariance matrix, and the second estimate of the perturbed covariance matrix under the alternative hypothesis of the binary hypothesis test model; based on the decision criteria of the detector of the binary hypothesis test model, the test statistics are obtained according to the first estimate and the second estimate and based on the test statistics. To determine whether there is a distance expansion target. The method takes into account the characteristics of maximum likelihood function and low rank of clutter covariance matrix in parameter estimation, and can obtain higher parameter estimation accuracy in nonholonomic observation scenarios.

【技术实现步骤摘要】
雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法和系统
本专利技术实施例涉及雷达信号处理
，更具体地，涉及一种雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法和系统。
技术介绍
雷达的高分辨特性能够获取探测对象的更多细节信息，充分利用这些信息可有效提高对目标的检测性能。随着雷达距离分辨力的提高，目标散射点分布跨越多个距离分辨单元。这类尺寸大于雷达距离分辨单元的目标，通常被称为距离扩展目标。现有的在高斯杂波、白噪声背景下距离扩展目标检测方法主要从似然函数(LikelihoodFunction)出发，利用广义似然比(GeneralizedLikelihoodRatioTest，GLRT)、Rao检验或Wald检验完成检测。但这些方法均要求能够得到待检单元的大量完整观测数据，部分方法还需要借助足够多与待检单元具有相同统计特性且不含目标回波的辅助数据，以完成对检测器参数的估计。然而，由于雷达所处电磁环境日趋复杂，往往难以得到满足要求的辅助数据。并且，在复杂电磁环境中，雷达易受同类设备、其他辐射源干扰，导致观测数据出现缺失。例如，压缩采样会导致时域数据缺失，阵元失效导致空域数据缺失，频带干扰导致频域数据缺失。这种接收数据在时、空、频的某个或某几个域出现数据缺失的现象统称为非完整观测。在非完整观测场景下，由于数据缺失，当前距离扩展目标检测方法均会出现不同程度甚至是大幅度的检测性能下降。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术实施例提供一种雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法和系统。本专利技术实施例提供一种雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法，包括：基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵，建立二元假设检验模型；通过交替迭代方法，获取所述二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值，以及，所述二元假设检验模型的备选假设下的扰动协方差矩阵的第二估计值；基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则，根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标。本专利技术实施例提供一种雷达非完整观测下的距离扩展目标检测系统，包括：包括：模型建立模块，用于基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵，建立二元假设检验模型；估计值获取模块，用于通过交替迭代方法，获取所述二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值，以及，所述二元假设检验模型的备选假设下的扰动协方差矩阵的第二估计值；检测模块，用于基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则，根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标。本专利技术实施例提供一种雷达非完整观测下的距离扩展目标检测设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述检测方法。本专利技术实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述检测方法。本专利技术实施例提供的雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法和系统，通过设置通过交替迭代方法，获取第一估计值以及第二估计值，使得检测方法无需辅助数据，进行参数估计时兼顾了似然函数最大化和杂波协方差矩阵的低秩特性，在非完整观测场景下能够得到相比于传统检测方法更高的参数估计精度，进而保证了更好的检测性能。本专利技术实施例提供的检测方法也可单独用于其他估计值获取场景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法实施例的流程图；图2为本专利技术实施例中雷达非完整观测下进行仿真实验的检测性能图；图3为本专利技术雷达非完整观测下的距离扩展目标检测系统实施例的模块图；图4为本专利技术实施例中的雷达非完整观测下的距离扩展目标检测设备的框架示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法实施例的流程图，如图1所示，包括：S101、基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵，建立二元假设检验模型；S102、通过交替迭代方法，获取所述二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值，以及，所述二元假设检验模型的备选假设下的扰动协方差矩阵的第二估计值；S103、基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则，根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标。具体地，步骤S101是指，根据所有距离单元的接收数据获取接收数据矩阵，并对所有距离单元的接收数据矩阵进行分组，获取若干个分组后的接收数据子矩阵，并基于所述若干个分组后的接收数据子矩阵，建立二元假设检验模型。进一步地，步骤S102是指，通过交替迭代方法，获取第一估计值，和第二估计值，其中，第一估计值是二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的估计值，第二估计值是二元假设检验模型的备选假设下的扰动协方差矩阵的估计值。进一步地，步骤S103是指，将所述第一估计值和所述第二估计值代入所述二元假设检验模型的检测器的判决准则中，获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标。本专利技术实施例提供的雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法，通过设置通过交替迭代方法，获取第一估计值以及第二估计值，使得检测方法无需辅助数据，进行参数估计时兼顾了似然函数最大化和杂波协方差矩阵的低秩特性，在非完整观测场景下能够得到相比于传统检测方法更高的参数估计精度，进而保证了更好的检测性能。本专利技术实施例提供的检测方法也可单独用于其他估计值获取场景。基于上述实施例，所述基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵，建立二元假设检验模型，具体包括：基于所述雷达的所有距离单元的接收数据，获取所有距离单元的接收数据矩阵；根据数据缺失位置类型，对所述所有距离单元的接收数据矩阵进行行列置换以对所述接收数据矩阵进行分组，获取若干个分组后的接收数据子矩阵；基于所述若干个分组后的接收数据子矩阵，建立二元假设检验模型，其中，所述二元假设检验模型中包括无距离扩展目标存在的原假设和有距离扩展目标存在的备选假设。需要说明的是，本专利技术实施例中的若干个指代一个或者多个。具体地，考虑如下场景：雷达有N个接收通道(接收通道可代表阵元、脉冲或二者联合，由具体应用场景而定)，待检目标最多跨越K个距离分辨单元。对原始接收数据的数据缺失位置填充为0，并写为N×K维矩阵Z,其中Z的第k列代表第k个距离单元的接收数据。对第k个距离单元，当有目标存在时，接收数据可表示为zk＝nk+wk+αkp,k＝1,2,...,K,；其中，zk、nk、p均为N×1维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法，其特征在于，包括：基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵，建立二元假设检验模型；通过交替迭代方法，获取所述二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值，以及，所述二元假设检验模型的备选假设下的扰动协方差矩阵的第二估计值；基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则，根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标。

【技术特征摘要】
1.一种雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法，其特征在于，包括：基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵，建立二元假设检验模型；通过交替迭代方法，获取所述二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值，以及，所述二元假设检验模型的备选假设下的扰动协方差矩阵的第二估计值；基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则，根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标。2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵，建立二元假设检验模型，具体包括：基于所述雷达的所有距离单元的接收数据，获取所有距离单元的接收数据矩阵；根据数据缺失位置类型，对所述所有距离单元的接收数据矩阵进行行列置换以对所述接收数据矩阵进行分组，获取若干个分组后的接收数据子矩阵；基于所述若干个分组后的接收数据子矩阵，建立二元假设检验模型，其中，所述二元假设检验模型中包括无距离扩展目标存在的原假设和有距离扩展目标存在的备选假设。3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则，根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标，之前还包括：分别获取所述二元假设检验模型中的原假设和备选假设下的似然函数，基于所述原假设下的似然函数以及所述备选假设下的似然函数，获取所述二元假设检验模型的检测器的判决准则。4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述通过交替迭代方法，获取所述二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值，具体包括：将预定的杂波协方差矩阵迭代初始估计值代入目标复幅度矢量估计值解析式，获得目标复幅度矢量迭代初始估计值，并初始化迭代次数序号；将更新的杂波协方差矩阵迭代估计值代入所述目标复幅度矢量估计值解析式，获取更新后的目标复幅度矢量估计值，并根据梯度投影算法获取更新后的第一杂波协方差矩阵估计值；基于所述更新后的目标复幅度矢量估计值，以及所述更新后的第一杂波协方差矩阵估计值，获取更新后的目标函数的第一相对变化值，并判断所述第一相对变化值是否大于第一预设变化值门限；若所述第一相对变化值大于第一预设变化值门限，则将迭代次数加一，并将更新的第一杂波协方差矩阵迭代估计值代入所述目标复幅度矢量估计值解析式，获取更新后的目标复幅度矢量估计值；若所述第一相对变化值小于或者等于第一预设变化值门限，则根据所述更新后的第一杂波协方差矩阵估计值以及接收机热噪声功率，获取原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值。5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述根据梯度投影算法获取更新后的第一杂波协方差矩阵估计值，具体包括：根据所述若干个分组后的接收数据子矩阵、预设权重系数以及迭代步长，计算所述杂波协方差矩阵的梯度投影矩阵，并基于所述梯度投影矩阵获取更新后的第二杂波协方差矩阵估计值；基于所述更新后的第二杂波协方差矩阵估计值，获取更新后的目标函数的第二相对变化值，并判断所述第二相对变化值是否大于第二预...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘一民，黄天耀，王希勤，肖乐，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11