基于特征分析的阵列雷达目标检测方法技术

本发明专利技术提出了一种基于特征分析的阵列雷达目标检测方法，用于解决现有技术中存在的虚警概率较高的技术问题，实现步骤包括：对阵列雷达各通道的回波信号进行脉冲压缩；对脉冲压缩回波信号进行动目标检测；获取点迹信息集合；对点迹信息集合进行波束扫描；提取波束扫描方向图集合的特征参数集合；采用特征分析方法获取真实目标点迹信息。本发明专利技术对点迹信息波束扫描方向图的特征参数进行特征分析，能够准确获取真实目标点迹信息，降低目标检测后的虚假目标点迹个数，进而降低虚警概率，提高目标检测性能。

【技术实现步骤摘要】
基于特征分析的阵列雷达目标检测方法
本专利技术属于雷达信号处理
，涉及一种阵列雷达目标检测方法，特别涉及一种基于特征分析的阵列雷达目标检测方法，可用于阵列雷达目标检测。
技术介绍
近年来，阵列雷达成为业界研究的热点，这种体制雷达采用数字波束形成技术，采用窄带信号模型，从不同方向传播到各阵元的信号具有不同的相位特征。利用阵列信号的这些特征，可以对回波信号进行目标检测、参数估计、跟踪与识别等。目标检测是雷达信号处理的重要环节，衡量目标检测性能的指标包括虚警概率、测速精度、测距精度等，目标检测后的目标点迹最终都要在雷达显示界面显示，目标航迹清晰完整意味着目标检测性能好，这就要求虚假目标点迹个数少且真实目标点迹完整，而虚警概率的两个表征因素就是虚假目标点迹个数和真实目标点迹个数，故虚警概率是衡量目标检测性能的重要指标，通过降低虚警概率来提升检测性能是目标检测的重要研究方向。在对阵列雷达进行目标检测时，由于雷达接收机内部噪声电平因模拟器件的影响而有时变特性，杂波和干扰量也有时变特性，且在空域分布不均匀，给目标检测带来了很大的难题。目前阵列雷达多采用各种恒虚警检测方法对目标进行检测，从不同的角度得到检测单元处杂波背景的均值估计，进而得到检测单元的检测门限，通过比较检测单元的幅度值和检测门限来检测目标。但采用各种恒虚警检测方法对特定目标进行检测，尤其是对微弱目标进行检测时虚假目标点迹个数多，真实目标点迹包含在众多虚假点迹中，故虚警概率高，目标检测性能难以提升。例如，申请公布号为CN105425225A，名称为“一种被动雷达低空目标检测方法”的专利申请，公开了一种被动雷达低空目标检测方法，该方法通过安装圆形被动接收雷达天线阵列，接收低空慢速目标反射的OFDM通信信号，对回波信号进行脉冲压缩，实现目标与阵列距离的探测，然后通过恒虚警检测模块，完成低信噪比和强干扰下的微弱目标检测，最后通过提取检测到的微弱目标的速度，对有潜在威胁的低空目标进行判断和提前预警。但其恒虚警检测中仍然用噪声功率估计设定检测门限，且用目标速度无法区分虚假目标和微弱目标，虚假目标点迹个数不会减少，导致虚警概率较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于特征分析的阵列雷达目标检测方法，用于解决现有技术中存在的虚警概率较高的技术问题。本专利技术的主要思路是：获取阵列雷达的点迹信息集合，提取每个点迹信息波束扫描方向图的特征参数，用特征分析的方法获取真实目标点迹信息，具体实现步骤包括：(1)对阵列雷达各通道的回波信号进行脉冲压缩：对阵列雷达N个通道的雷达回波信号分别进行脉冲压缩，得到N组脉冲压缩回波信号，N≥2且N为正整数；(2)对脉冲压缩回波信号进行动目标检测：对每组脉冲压缩回波信号进行动目标检测，得到动目标检测数据矩阵集合s(r,v)，s(r,v)＝{s1(r,v),s2(r,v),…,sn(r,v),…,sN(r,v)}，其中：其中，sn(r,v)表示距离单元维大小为r、多普勒通道号维大小为v的第n组动目标检测数据矩阵，n≤N且n为正整数，r≥2且r为正整数，v≥2且v为正整数，sn,x,y表示sn(r,v)中第x个距离单元第y个多普勒通道号上的幅相信息，x≤r且x为正整数，y≤v且y为正整数；(3)获取点迹信息集合I：对每组动目标检测数据矩阵sn(r,v)进行恒虚警检测，得到每组包括多个距离单元和多普勒通道号的N组点迹信息，并对N组点迹信息进行点迹凝聚，得到点迹信息集合I，I＝{I1,I2,…,Im,…,IM}，其中，Im表示第m个点迹信息，M为点迹信息的总数，M≥1且M为正整数；(4)对点迹信息集合I进行波束扫描：(4a)将每一个点迹信息Im的距离单元和多普勒通道号与s(r,v)包含的每个动目标检测数据矩阵按顺序进行组合，得到大小为M×N的阵列矢量集合W(N)，W(N)＝{W1(N),W2(N),…,Wm(N),…,WM(N)}，其中，Wm(N)表示第m个点迹信息Im对应的由N个幅相信息组成的大小为1×N的阵列矢量；(4b)根据阵列矢量集合W(N)，计算每个点迹信息Im的波束扫描方向图Pm(θ)，得到波束扫描方向图集合P(θ)，P(θ)＝{P1(θ),P2(θ),…,Pm(θ),…,PM(θ)}，其中，θ为波束扫描方向图Pm(θ)的扫描角度；(5)提取波束扫描方向图集合P(θ)的特征参数集合T：(5a)将P(θ)中每个波束扫描方向图Pm(θ)的-3dB主瓣波束宽度作为Pm(θ)的主瓣宽度αm，将Pm(θ)的最大值作为主瓣峰值C0m，将Pm(θ)主瓣峰值左边第一个极大值点的幅度值作为第一左副瓣峰值C1m，将Pm(θ)主瓣峰值右边第一个极大值点的幅度值作为第一右副瓣峰值C2m；(5b)将每个波束扫描方向图Pm(θ)的主瓣宽度αm、主瓣峰值C0m、第一左副瓣峰值C1m和第一右副瓣峰值C2m进行组合，得到P(θ)的特征参数集合T，T＝{T1,T2,…,Tm,…,TM}，其中，Tm表示波束扫描方向图Pm(θ)的特征参数，(6)采用特征分析方法获取真实目标点迹信息：(6a)计算每个波束扫描方向图Pm(θ)的主瓣宽度αm与理论值的相对误差εm，得到P(θ)的主瓣宽度与理论值的相对误差集合ε，ε＝{ε1,ε2,…,εm,…,εM}，其中：其中，α0为阵列雷达波束方向图主瓣宽度理论值；(6b)计算每个波束扫描方向图Pm(θ)的主瓣峰值C0m与第一左副瓣峰值C1m的幅度比以及与第一右副瓣峰值C2m的幅度比得到P(θ)的主瓣峰值与第一左副瓣峰值幅度比集合β1，以及主瓣峰值与第一右副瓣峰值幅度比集合β2，其中：(6c)计算每个波束扫描方向图Pm(θ)的最大主瓣第一副瓣比以及最小主瓣第一副瓣比其中max{·,·}表示两元素取大，min{·,·}表示两元素取小，得到P(θ)的最大主瓣第一副瓣比集合βmax，以及最小主瓣第一副瓣比集合βmin，(6d)将满足以下三个条件的点迹信息作为真实目标点迹信息：其中，ε0表示最大能容忍的最大主瓣宽度相对误差限，β4和β3均表示最大能容忍的主副瓣比门限，且β4≥β3；本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：由于本专利技术通过求取每个点迹信息波束扫描方向图的特征参数，把主瓣宽度与理论值的相对误差、最大主瓣第一副瓣比、最小主瓣第一副瓣比三个特征参数与真实目标特征参数进行对比，用特征分析方法获取真实目标点迹信息，解决了现有目标检测方法因虚假目标点迹个数多带来的虚警概率高的问题，能够准确获取真实目标点迹信息，降低目标检测后的虚假目标点迹个数，进而降低虚警概率，提高目标检测性能。附图说明图1为本专利技术的实现流程图；图2是本专利技术真实目标点迹信息和虚假目标点迹信息的波束扫描方向图对比图；图3为本专利技术和现有技术进行目标检测后的点迹显示界面对比图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术进行进一步详细描述：参照图1，一种基于特征分析的阵列雷达目标检测方法，包括如下步骤：步骤1)对阵列雷达各通道的回波信号进行脉冲压缩：在本实施例中设置的阵列雷达采用线性调频连续波信号体制，采用的天线阵列是包含16个天线阵元的弧面共形阵，弧面共形阵半径为30cm，张角为120°，16个阵元均匀等间隔分布在弧面上，相邻阵元与弧心连线的夹角为8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于特征分析的阵列雷达目标检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对阵列雷达各通道的回波信号进行脉冲压缩：对阵列雷达N个通道的雷达回波信号分别进行脉冲压缩，得到N组脉冲压缩回波信号，N≥2且N为正整数；(2)对脉冲压缩回波信号进行动目标检测：对每组脉冲压缩回波信号进行动目标检测，得到动目标检测数据矩阵集合s(r,v)，s(r,v)＝{s1(r,v),s2(r,v),…,sn(r,v),…,sN(r,v)}，其中：

【技术特征摘要】
1.一种基于特征分析的阵列雷达目标检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对阵列雷达各通道的回波信号进行脉冲压缩：对阵列雷达N个通道的雷达回波信号分别进行脉冲压缩，得到N组脉冲压缩回波信号，N≥2且N为正整数；(2)对脉冲压缩回波信号进行动目标检测：对每组脉冲压缩回波信号进行动目标检测，得到动目标检测数据矩阵集合s(r,v)，s(r,v)＝{s1(r,v),s2(r,v),…,sn(r,v),…,sN(r,v)}，其中：其中，sn(r,v)表示距离单元维大小为r、多普勒通道号维大小为v的第n组动目标检测数据矩阵，n≤N且n为正整数，r≥2且r为正整数，v≥2且v为正整数，sn,x,y表示sn(r,v)中第x个距离单元第y个多普勒通道号上的幅相信息，x≤r且x为正整数，y≤v且y为正整数；(3)获取点迹信息集合I：对每组动目标检测数据矩阵sn(r,v)进行恒虚警检测，得到每组包括多个距离单元和多普勒通道号的N组点迹信息，并对N组点迹信息进行点迹凝聚，得到点迹信息集合I，I＝{I1,I2,…,Im,…,IM}，其中，Im表示第m个点迹信息，M为点迹信息的总数，M≥1且M为正整数；(4)对点迹信息集合I进行波束扫描：(4a)将每一个点迹信息Im的距离单元和多普勒通道号与s(r,v)包含的每个动目标检测数据矩阵按顺序进行组合，得到大小为M×N的阵列矢量集合W(N)，W(N)＝{W1(N),W2(N),…,Wm(N),…,WM(N)}，其中，Wm(N)表示第m个点迹信息Im对应的由N个幅相信息组成的大小为1×N的阵列矢量；(4b)根据阵列矢量集合W(N)，计算每个点迹信息Im的波束扫描方向图Pm(θ)，得到波束扫描方向图集合P(θ)，P(θ)＝{P1(θ),P2(θ),…,Pm(θ),…,PM(θ)}，其中，θ为波束扫描方向图Pm(θ)的扫描角度；(5)提取波束扫描方向图集合P(θ)的特征参数集合T：(5a)将P(θ)中每个波束扫描方向图Pm(θ)的-3dB主...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永波，李嘉隆，张俊杰，何学辉，刘宏伟，苏涛，
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