一种FDA-MIMO雷达运动目标检测方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种FDA‑MIMO雷达运动目标检测方法：步骤1：构造待检测数据矩阵、训练样本矩阵，并确定待检测单元对应的目标角度和多普勒频率；步骤2：根据所述训练样本矩阵构造采样协方差矩阵，根据所述目标角度构造发射接收导向矢量，根据所述目标多普勒频率构造多普勒导向矢量；步骤3：利用所述待检测数据矩阵、采样协方差矩阵、发射接收导向矢量和所述多普勒导向矢量，构造检测统计量；步骤4：根据数据维数和系统设定的虚警概率计算检测门限；步骤5：比较所述检测统计量与所述检测门限的大小，做出目标是否存在的判决。本发明专利技术极大简化了检测流程，降低了运算复杂度，并且提高了检测性能。本发明专利技术还提供了相应的FDA‑MIMO雷达运动目标检测系统。

【技术实现步骤摘要】
一种FDA-MIMO雷达运动目标检测方法与系统
本专利技术属于雷达信号检测
，更具体地，涉及一种FDA-MIMO雷达运动目标检测方法与系统。
技术介绍
当前，雷达面临的电磁环境越来越复杂，雷达不仅受到高强度地海杂波的影响，而且面临敌人强电磁干扰的破坏。为了保证并提升实战环境中的雷达效能，需要不断探索雷达新技术，发展新体制雷达。多输入多输出（Multiple-InputMultiple-Output，MIMO）雷达和频率分集阵列（FrequencyDiversityArray，FDA）雷达是近些年来出现的两种新体制雷达。MIMO雷达通过多个天线发射多种波形对目标进行探测，由于利用了波形自由度，MIMO雷达能够提供更多有用信息，有利于目标探测性能的提升。而FDA雷达的波束具有距离依赖性，因此，FDA雷达具有抗距离欺骗干扰的先天优势。通过把FDA雷达与MIMO雷达结合，可进一步提升雷达系统的目标探测性能。专利文件CN112363151A（频率分集阵多输入多输出雷达的自适应目标检测方法）基于自适应检测思想，设计了一种有效的FDA-MIMO雷达目标检测方法，但该方法仅基于一个脉冲数据，未充分利用目标的运动信息，对运动目标的检测性能不足；论文（R.Gui,W.-Q.Wang,andZ.Zheng,“Low-complexityGLRTforFDAradarwithouttrainingdata,”DigitalSignalProcessing,vol.107,p.102861,2020.）基于FDA-MIMO雷达的多个脉冲数据，提出了自适应检测方法，尽管该方法考虑了目标的运动信息，但是并未利用训练样本，检测性能有限。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种FDA-MIMO雷达运动目标检测方法与系统，其目的在于基于自适应检测思想，利用多个脉冲数据和多个训练样本数据，由此解决FDA-MIMO雷达运动目标检测难题的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种FDA-MIMO雷达运动目标检测方法，包括如下步骤：步骤1：构造待检测数据矩阵、训练样本矩阵，并确定待检测单元对应的目标角度和多普勒频率；构造的待检测数据矩阵和训练样本矩阵分别表示为和，二者的维数分别为和，其中，表示发射阵元数，表示接收阵元数，表示一个相干处理间隔内的脉冲数，表示训练样本的个数；确定的待检测单元对应的目标角度和多普勒频率分别记为和；步骤2：根据所述训练样本矩阵构造采样协方差矩阵，根据所述目标角度构造发射接收导向矢量，根据所述目标多普勒频率构造多普勒导向矢量；根据所述训练样本矩阵构造的采样协方差矩阵为，上标表示共轭转置，根据所述目标角度构造的发射接收导向矢量为：其中，和分别为发射导向矢量和接收导向矢量，二者的表达式分别为：和符号表示单位虚数，即，表示Kronecker积，上标表示转置，为阵元间距，为目标角度，为第一个阵元的发射信号波长，为相邻两个阵元之间发射载频的频率增量，为目标相对于雷达的距离，为光速；根据所述目标多普勒频率构造的多普勒导向矢量为：其中，是脉冲重复间隔；步骤3：利用所述待检测数据矩阵、采样协方差矩阵、发射接收导向矢量和所述多普勒导向矢量，构造检测统计量；步骤4：根据数据维数和系统设定的虚警概率计算检测门限；步骤5：比较所述检测统计量与所述检测门限的大小，做出目标是否存在的判决。优选地，所述步骤3中，利用所述待检测数据矩阵、采样协方差矩阵、发射接收导向矢量和所述多普勒导向矢量，构造的检测统计量为：其中，上标表示共轭，符号表示矩阵的行列式，表示矩阵的逆。优选地，所述步骤4中，根据数据维数和系统设定的虚警概率计算检测门限通过下式得到：式中，表示系统设定的虚警概率。优选地，所述步骤5中，比较所述检测统计量与所述检测门限的大小，做出目标是否存在的判决，分下述两种情况进行判定：若检测统计量大于等于检测门限，则判定目标存在；若检测统计量小于检测门限，则判定目标不存在。按照本专利技术的另一方面，提供了一种FDA-MIMO雷达运动目标检测系统，包括初始数据构造模块、变换数据构造模块、检测统计量构造模块、检测门限计算模块和目标判决模块，其中：所述初始数据构造模块，用于构造待检测数据矩阵、训练样本矩阵，并确定待检测单元对应的目标角度和多普勒频率；构造的待检测数据矩阵和训练样本矩阵分别表示为和，二者的维数分别为和，其中，表示发射阵元数，表示接收阵元数，表示一个相干处理间隔内的脉冲数，表示训练样本的个数；确定的待检测单元对应的目标角度和多普勒频率分别记为和；所述变换数据构造模块，用于根据所述训练样本矩阵构造采样协方差矩阵，根据所述目标角度构造发射接收导向矢量，根据所述目标多普勒频率构造多普勒导向矢量；根据所述训练样本矩阵构造的采样协方差矩阵为，上标表示共轭转置，根据所述目标角度构造的发射接收导向矢量为：其中，和分别为发射导向矢量和接收导向矢量，二者的表达式分别为：和符号表示单位虚数，即，表示Kronecker积，上标表示转置，为阵元间距，为目标角度，为第一个阵元的发射信号波长，为相邻两个阵元之间发射载频的频率增量，为目标相对于雷达的距离，为光速；根据所述目标多普勒频率构造的多普勒导向矢量为：其中，是脉冲重复间隔；所述检测统计量构造模块，用于利用所述待检测数据矩阵、采样协方差矩阵、发射接收导向矢量和所述多普勒导向矢量，构造检测统计量；所述检测门限计算模块，用于根据数据维数和系统设定的虚警概率计算检测门限；所述目标判决模块，用于比较所述检测统计量与所述检测门限的大小，做出目标是否存在的判决。优选地，所述检测统计量构造模块，利用所述待检测数据矩阵、采样协方差矩阵、发射接收导向矢量和所述多普勒导向矢量，构造的检测统计量为：其中，上标表示共轭，符号表示矩阵的行列式，表示矩阵的逆。优选地，所述检测门限计算模块，根据数据维数和系统设定的虚警概率计算检测门限通过下式得到：式中，表示系统设定的虚警概率。优选地，所述目标判决模块，比较所述检测统计量与所述检测门限的大小，做出目标是否存在的判决，分下述两种情况进行判定：若检测统计量大于等于检测门限，则判定目标存在；若检测统计量小于检测门限，则判定目标不存在。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：（1）本专利技术通过构造待检测数据矩阵、训练样本矩阵，并确定待检测单元对应的目标角度和多普勒频率，以及构造采样协方差矩阵，构造发射接收导向矢量，构造多普勒导向矢量，较好地兼顾了多个空域通道和多个多普勒通道的接收数据，为设计有效的检测器提供了必要的前提条件；（2）本专利技术通过构造自适应检测统计量，一体化实现了信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种FDA-MIMO雷达运动目标检测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：构造待检测数据矩阵、训练样本矩阵，并确定待检测单元对应的目标角度和多普勒频率；构造的待检测数据矩阵和训练样本矩阵分别表示为

【技术特征摘要】
1.一种FDA-MIMO雷达运动目标检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：构造待检测数据矩阵、训练样本矩阵，并确定待检测单元对应的目标角度和多普勒频率；构造的待检测数据矩阵和训练样本矩阵分别表示为和，二者的维数分别为和，其中，表示发射阵元数，表示接收阵元数，表示一个相干处理间隔内的脉冲数，表示训练样本的个数；确定的待检测单元对应的目标角度和多普勒频率分别记为和；
步骤2：根据所述训练样本矩阵构造采样协方差矩阵，根据所述目标角度构造发射接收导向矢量，根据所述目标多普勒频率构造多普勒导向矢量；根据所述训练样本矩阵构造的采样协方差矩阵为，上标表示共轭转置，根据所述目标角度构造的发射接收导向矢量为：



其中，和分别为发射导向矢量和接收导向矢量，二者的表达式分别为：



和



符号表示单位虚数，即，表示Kronecker积，上标表示转置，为阵元间距，为目标角度，为第一个阵元的发射信号波长，为相邻两个阵元之间发射载频的频率增量，为目标相对于雷达的距离，为光速；根据所述目标多普勒频率构造的多普勒导向矢量为：



其中，是脉冲重复间隔；
步骤3：利用所述待检测数据矩阵、采样协方差矩阵、发射接收导向矢量和所述多普勒导向矢量，构造检测统计量；
步骤4：根据数据维数和系统设定的虚警概率计算检测门限；
步骤5：比较所述检测统计量与所述检测门限的大小，做出目标是否存在的判决。


2.如权利要求1所述的FDA-MIMO雷达运动目标检测方法，其特征在于，所述步骤3中，利用所述待检测数据矩阵、采样协方差矩阵、发射接收导向矢量和所述多普勒导向矢量，构造的检测统计量为：



其中，上标表示共轭，符号表示矩阵的行列式，表示矩阵的逆。


3.如权利要求1或2所述的FDA-MIMO雷达运动目标检测方法，其特征在于，所述步骤4中，根据数据维数和系统设定的虚警概率计算检测门限通过下式得到：



式中，表示系统设定的虚警概率。


4.如权利要求1或2所述的FDA-MIMO雷达运动目标检测方法，其特征在于，所述步骤5中，比较所述检测统计量与所述检测门限的大小，做出目标是否存在的判决，分下述两种情况进行判定：
若检测统计量大于等于检测门限，则判定目标存在；
若检测统计量小于检测门限，则判定目标不存在。


5.一种FDA-MIMO雷达运动目标检测系统，其特征在于，包括初始数据构造模块、变换...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘维建，陈辉，张昭建，李槟槟，周必雷，王永良，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军预警学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42