单脉冲雷达和差相关目标检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种单脉冲雷达和差相关目标检测方法及系统，其中检测方法包括步骤：利用N帧非相干积累或二进制检测器对和通道信号作一级检测；采用和差相关方法对过门限单元作复角估计，复角估计值

Monopulse Radar Sum and Difference Correlated Target Detection Method and System

The invention discloses a detection method and system for sum and difference correlation targets of monopulse radar, in which the detection method includes steps: using N frame incoherent accumulation or binary detector to detect the channel signal at first level; using sum and difference correlation method to estimate the complex angle through threshold unit and complex angle estimation value.

【技术实现步骤摘要】
单脉冲雷达和差相关目标检测方法及系统
本专利技术属于雷达信号处理领域，特别涉及一种单脉冲雷达和差相关目标检测方法及系统。
技术介绍
单脉冲体制是一种广泛采用的雷达自动测角技术，相比于以时分方式工作的单波瓣测角系统(如圆锥扫描或顺序波束转换)，其具有测角精度高且受目标回波幅度起伏影响小等优点，因而广泛用于火控、精确跟踪与导引等雷达系统中，如火控雷达、雷达导引头等[见“雷达手册(第2版)”，北京：电子工业出版社，2003，第705-716页]。在当前所用的单脉冲雷达系统中，目标检测与角度估计为两个分开进行的过程，信号检测主要基于和通道信号，而差通道信号则用于对过检测门限的那些单元进行测角之用[见“OverviewofGeneralizedMonopulseEstimation”，IEEEAerospaceandElectronicsSystemsMagazine,Part2:Tutorials.2006,21(6):第27–55页]。事实上，当单脉冲雷达波束内存在目标时，差通道中也含有目标的能量信息，尤其是当误差角较大时。例如，当目标位于和波束的半功率点附近时，差通道的信号幅度接近于和通道。如果能够将差通道的信号有效用于信号检测估计中，则单脉冲雷达对弱小目标的捕获跟踪性能将获得明显的改善，见Armstrong等人[见“Useofdifferencechannelinformationfordetectioninmonopulseradars”，IEEProc.-F.，1991，138(3):第199-210页]和Chaumette等人的工作[见“JointDetectionEstimationProblemofMonopulseAngleMeasurement”，IEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystems，2010,46(1):第397-413页]。根据Armstrong所提供的两种方案，一是用和差波束的某种线性组合作为检验统计量，可有效提升波束非中心区的检测性能，而波束中心处的检测性能则较原和通道检测方案会有较大的损失；一是利用单脉冲复角作为检验统计量，可在不使用邻近单元的条件下达到恒虚警效果，但存在较高的CFAR(恒虚警检测器)损失。Chaumette等人的检测方法将单脉冲雷达信号检测估计视作一个复合假设检验问题，但其所得到的广义似然比(GLRT)检测器在检验统计量构造上仍采用与Armstrong等人类似的和差信号线性组合方法，故提升波束非中心区检测性能的同时依旧面临波束中心检测性能损失较大的缺陷，这直接限制了其在实际系统中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种单脉冲雷达和差相关目标检测方法及系统，将差通道的信号有效用于目标检测中，改善单脉冲雷达对弱小目标的捕获跟踪性能，增强其对波束内弱小目标的捕获能力，可有效提升波束非中心区域的检测性能，同时波束中心区域的检测能力高，灵敏度高。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种单脉冲雷达和差相关目标检测方法，其特点是包括以下步骤：步骤A.利用N帧非相干积累或二进制检测器对和通道信号作一级检测，其中一级检测的门限值为τ1；步骤B.采用和差相关方法对过门限单元作复角估计，其中复角估计值为：式中，x为和通道待检测单元的信号复矢量，y为差通道待检测单元的信号复矢量，x与y的长度均等于非相干帧个数N；步骤C.构造待检测单元的和差相关检验统计量s：将和差相关检验统计量s与设定的二级检测的门限值τ2比较，若s大于τ2，则判定待检测单元为目标信号，否则判定待检测单元为噪声。进一步地，所述步骤B中，若单脉冲雷达系统存在方位、俯仰两个差通道，则y为方位差或俯仰差。基于同一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种单脉冲雷达和差相关目标检测系统，其特点是包括：一级检测器：用于利用N帧非相干积累或二进制检测器对和通道信号作一级检测，其中一级检测器的门限值为τ1；复角估计单元：用于采用和差相关方法对过门限单元作复角估计，其中复角估计值为：式中，x为和通道待检测单元的信号复矢量，y为差通道待检测单元的信号复矢量，x与y的长度均等于非相干帧个数N；二级检测器：用于构造待检测单元的和差相关检验统计量s：并用于将和差相关检验统计量s与设定的二级检测的门限值τ2比较，若s大于τ2，则判定待检测单元为目标信号，否则判定待检测单元为噪声。进一步地，若单脉冲雷达系统存在方位、俯仰两个差通道，则y为方位差或俯仰差。作为一种优选方式，所述一级检测器为固定门限的纽曼皮尔逊检测器或恒虚警检测器。与现有技术相比，本专利技术利用目标信号存在时和差通道信号存在的一定的相关性，将差通道的信号有效用于目标检测中，通过和差相关法构造检验统计量，利用二级检测器以增强波束内的平均检测性能，降低天线方向图对信号检测的影响，进而提升单脉冲雷达系统的灵敏度，增强其对波束内弱小目标的捕获跟踪性能，可有效提升波束非中心区域的检测性能，同时波束中心区域的检测能力高，灵敏度高。附图说明图1是本专利技术单脉冲雷达和差相关目标检测方法流程图。图2单脉冲雷达系统和差波束的典型形状。图3是本专利技术监测系统与经典非相参检测器在在波束内检测性能对比图。具体实施方式本专利技术单脉冲雷达和差相关目标检测系统包括：一级检测器：用于利用N帧非相干积累或二进制检测器对和通道信号作一级检测，其中一级检测器的门限值为τ1；复角估计单元：用于采用和差相关方法对过门限单元作复角估计，其中复角估计值为：式中，x为和通道待检测单元的信号复矢量，y为差通道待检测单元的信号复矢量，x与y的长度均等于非相干帧个数N；若单脉冲雷达系统存在方位、俯仰两个差通道，则y为方位差或俯仰差。二级检测器：用于构造待检测单元的和差相关检验统计量s：并用于将和差相关检验统计量s与设定的二级检测的门限值τ2比较，若s大于τ2，则判定待检测单元为目标信号，否则判定待检测单元为噪声。所述一级检测器为固定门限的纽曼皮尔逊检测器或恒虚警检测器。如图1所示，单脉冲雷达和差相关目标检测方法包括以下步骤：步骤A.对和通道信号作一级检测。步骤A与现有单脉冲雷达系统所用检测方法相同，即利用N帧非相干积累或二进制检测器。根据背景噪声不同，具体检测器可选用固定门限的纽曼皮尔逊(N-P)检测器或各类恒虚警检测器(CFAR)[见“雷达手册(第2版)”，北京：电子工业出版社，2003，第314-331页]。但与之不同的是，本专利技术中一级检测器采用较低的一级门限τ1，确保小信号可以通过门限。其中一级门限τ1设置方法为：由于第一级检测为传统非相参积累，在理想的高斯白噪声假设下可直接调用Matlab中的chi方分布的反函数chi2inv()来获得一级门限；第二级检测门限在第一级检测门限确定后采用蒙特卡洛统计的方法获得。步骤B.采用和差相关方法对过门限单元作复角估计步骤B与现有单脉冲系统所用的功率加权测角原理类似，对连续N帧内通过一级门限的单元作复角估计，其中复角估计值为：式中，x为和通道待检测单元的信号复矢量，y为差通道待检测单元的信号复矢量，x与y的长度均等于非相干帧个数N；若单脉冲雷达系统存在方位、俯仰两个差通道，则y为方位差或俯仰差。步骤C.构造待检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单脉冲雷达和差相关目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A.利用N帧非相干积累或二进制检测器对和通道信号作一级检测，其中一级检测的门限值为τ1；步骤B.采用和差相关方法对过门限单元作复角估计，其中复角估计值

【技术特征摘要】
1.一种单脉冲雷达和差相关目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A.利用N帧非相干积累或二进制检测器对和通道信号作一级检测，其中一级检测的门限值为τ1；步骤B.采用和差相关方法对过门限单元作复角估计，其中复角估计值为：式中，x为和通道待检测单元的信号复矢量，y为差通道待检测单元的信号复矢量，x与y的长度均等于非相干帧个数N；步骤C.构造待检测单元的和差相关检验统计量s：将和差相关检验统计量s与设定的二级检测的门限值τ2比较，若s大于τ2，则判定待检测单元为目标信号，否则判定待检测单元为噪声。2.如权利要求1所述的单脉冲雷达和差相关目标检测方法，其特征在于，所述步骤B中，若单脉冲雷达系统存在方位、俯仰两个差通道，则y为方位差或俯仰差。3.一种单脉冲雷达和差相关目标检测系统，其特征在于，包括：一级检测器：...

【专利技术属性】
技术研发人员：范红旗，蔡飞，宋志勇，朱永锋，付强，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43