部分均匀环境中的双子空间信号检测方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及部分均匀环境中的双子空间信号检测方法、系统及装置，首先构造信号左矩阵、信号右矩阵、待检测数据矩阵和训练样本矩阵；然后利用训练样本矩阵构造采样协方差矩阵和白化矩阵；再利用白化矩阵对数据进白化；接着构造正交投影矩阵的正交补；然后构造中间变量矩阵，并计算中间变量矩阵的非零特征值；再求解相关方程；接着利用白化后的待检测数据矩阵、中间变量矩阵和方程的解构造检测统计量；进而利用检测统计量和系统设定的虚警概率值确定检测门限；最后比较检测统计量与检测门限的大小，并判定目标是否存在。本发明专利技术提供的检测方法一体化实现了杂波抑制、信号积累和恒虚警特性，相比已有方法，提高了检测性能。提高了检测性能。提高了检测性能。

【技术实现步骤摘要】
部分均匀环境中的双子空间信号检测方法、系统及装置


[0001]本专利技术涉及信号检测
，尤其涉及部分均匀环境中的双子空间信号检测方法、系统及装置。

技术介绍

[0002]随着雷达空域通道数的不断增加、脉冲相干处理技术的成熟，以及雷达距离分辨力的提高，雷达可同时通过多个通道和多个维度获取数据，相应的雷达数据呈现出矩阵形式，并且具有特定结构，其中的一种数据类型为双子空间信号，该种类数据以矩阵形式存在，信号的行元素和列元素均位于已知子空间中，但相应的坐标未知。
[0003]此外，由于目标往往位于强杂波背景，杂波功率高于目标回波功率几个数量级。为了成功检测目标，一般需要数量众多的训练样本，以估计杂波协方差矩阵，并对杂波进行抑制。然后，由于环境的距离变化，以及雷达通道数众多等因素的影响，雷达接收数据往往呈现出非均匀特性，而且独立同分布的训练样本数非常有限。制约了强杂波背景下双子空间信号的有效检测。
[0004]鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本
亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决部分均匀环境中训练样本不足时双子空间信号检测的难题。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种部分均匀环境中的双子空间信号检测方法，包括：步骤1：构造信号左矩阵、信号右矩阵、待检测数据矩阵和训练样本矩阵，其中，构造的信号左矩阵、信号右矩阵、待检测数据矩阵和训练样本矩阵分别用矩阵、、和表示，矩阵、、和的维数分别为、、和，其中，，，表示目标的扩展维度，表示训练样本数，表示系统通道数；步骤2：利用所述训练样本矩阵构造采样协方差矩阵和白化矩阵，其中，利用所述训练样本矩阵构造的采样协方差矩阵和白化矩阵分别为和，其中，和分别表示采样协方差矩阵和白化矩阵，符号表示共轭转置，，符号表示矩阵的逆，表示对角矩阵，对角元素分别为，为采样协方差矩阵的特征值分解，为的特征矩阵，为对角矩阵，为
的个特征值；步骤3：利用所述白化矩阵对所述待检测数据矩阵和所述信号左矩阵进行白化，分别得到白化待检测数据矩阵和白化信号左矩阵；步骤4： 利用所述信号右矩阵和所述白化信号左矩阵分别构造正交投影矩阵的正交补；步骤5：利用所述白化待检测数据矩阵和所述正交投影矩阵的正交补构造中间变量矩阵，并计算所述中间变量矩阵的非零特征值；步骤6：求解系统维数与所述非零特征值相关方程的解；步骤7：利用所述白化待检测数据矩阵、所述中间变量矩阵和所述方程的解构造检测统计量；步骤8：利用所述检测统计量和虚警概率预设值确定检测门限；步骤9：比较所述检测统计量与所述检测门限的大小，并判定目标是否存在。
[0007]优选的，所述步骤3中，利用所述白化矩阵对所述待检测数据矩阵和所述信号左矩阵进行白化，分别得到白化待检测数据矩阵和白化信号左矩阵，分别通过下面两个等式实现： 和；其中，和分别表示白化待检测数据矩阵和白化信号左矩阵。
[0008]优选的，所述步骤4中，利用所述信号右矩阵和所述白化信号左矩阵构造的正交投影矩阵的正交补分别为和，其中，和分别表示利用所述信号右矩阵和所述白化信号左矩阵分别得到的正交投影矩阵的正交补，和分别是维数为和的单位矩阵。
[0009]优选的，所述步骤5中，利用所述白化待检测数据矩阵和所述正交投影矩阵的正交补构造的中间变量矩阵分别为、、和，其中，矩阵和的非零特征值的个数分别为、、和，符号表示两个实数中的最小值，矩阵和的第个非零特征值、第个非零特征值、第个非零特征值和第个非零特征值分别记作、、和，其中，、、和。
[0010]优选的，所述步骤6中，求解系统维数与所述非零特征值相关方程的解，其中，系统
维数与所述非零特征值的相关方程为下述两个方程： (6a)(6b)其中，在方程(6a)中为未知数，在方程(6b)中为未知数，分别记方程(6a)和方程(6b)的解为和。
[0011]优选的，所述步骤7中，利用所述白化待检测数据矩阵、所述中间变量矩阵和所述方程的解构造的检测统计量为：其中，表示检测统计量，符号表示矩阵的行列式。
[0012]优选的，所述步骤8中，利用所述检测统计量和虚警概率预设值确定检测门限的公式为：；其中，，表示蒙特卡洛仿真次数，表示虚警概率预设值，表示取整操作，表示检测门限，表示序列
由大到小排列第个最大值，其中，和分别为方程(8a)和
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(8b)的解；在方程(8a)中为未知数，在方程(8b)中为未知数， 和分别为矩阵和的第个非零特征值、第个非零特征值、第个非零特征值和第个非零特征值，且、、和，矩阵和的定义分别为，，，和；其中，表示白化待检测数据矩阵的第次实现，表示白化信号左矩阵的第次实现，
表示白化信号左矩阵的正交投影矩阵的正交补的第次实现，表示白化矩阵的第次实现，为采样协方差矩阵的第次实现的特征值分解，表示采样协方差矩阵的第次实现，为训练样本矩阵的第次实现，为仅含杂波及热噪声分量的待检测数据矩阵的第次实现，。
[0013]优选的，所述步骤9中，所述比较所述检测统计量与所述检测门限的大小，并判定目标是否存在，具体为：若所述检测统计量大于等于检测门限，则判定目标存在；若所述检测统计量小于检测门限，则判定目标不存在。
[0014]第二方面，本专利技术还提供了一种部分均匀环境中的双子空间信号检测系统，包括数据矩阵构造模块、采样协方差矩阵和白化矩阵构造模块、数据白化模块、正交投影矩阵构造模块、中间变量矩阵及非零特征值分解模块、方程求解模块、检测统计量构造模块、检测门限计算模块和目标判定模块；数据矩阵构造模块：用于构造信号左矩阵、信号右矩阵、待检测数据矩阵和训练样本矩阵；采样协方差矩阵和白化矩阵构造模块：用于利用所述训练样本矩阵构造采样协方差矩阵，并利用所述采样协方差矩阵构造白化矩阵；数据白化模块：用于利用所述白化矩阵对所述待检测数据矩阵和所述信号左矩阵进行白化分别得到白化待检测数据矩阵和白化信号左矩阵；正交投影矩阵构造模块：用于利用所述信号右矩阵和所述白化信号左矩阵分别构造正交投影矩阵的正交补；中间变量矩阵及非零特征值分解模块：用于利用所述白化待检测数据矩阵和所述正交投影矩阵的正交补构造中间变量矩阵，并计算所述中间变量矩阵的非零特征值；方程求解模块：用于求解系统维数与所述非零特征值相关方程的解；检测统计量构造模块：用于利用所述白化待检测数据矩阵、所述中间变量矩阵和所述方程的解构造检测统计量；检测门限计算模块：用于利用所述检测统计量和虚警概率预设值确定检测门限；目标判定模块：用于比较所述检测统计量与所述检测门限的大小，并判定目标是否存在。
[0015]第三方面，本专利技术还提供了一种部分均匀环境中的双子空间信号检测装置，包括至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被程序设置为执行第一方面所述的部分均匀环境中的双子空间信号检测方法。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
（1）本专利技术通过构造中间变量矩阵、、和以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种部分均匀环境中的双子空间信号检测方法，其特征在于，包括：步骤1：构造信号左矩阵、信号右矩阵、待检测数据矩阵和训练样本矩阵，其中，构造的信号左矩阵、信号右矩阵、待检测数据矩阵和训练样本矩阵分别用矩阵、、和表示，矩阵、、和的维数分别为、、和，其中，，，表示目标的扩展维度，表示训练样本数，表示系统通道数；步骤2：利用所述训练样本矩阵构造采样协方差矩阵和白化矩阵，其中，利用所述训练样本矩阵构造的采样协方差矩阵和白化矩阵分别为和，其中，和分别表示采样协方差矩阵和白化矩阵，符号表示共轭转置，，符号表示矩阵的逆，表示对角矩阵，对角元素分别为，为采样协方差矩阵的特征值分解，为的特征矩阵，为对角矩阵，为的个特征值；步骤3：利用所述白化矩阵对所述待检测数据矩阵和所述信号左矩阵进行白化，分别得到白化待检测数据矩阵和白化信号左矩阵；步骤4： 利用所述信号右矩阵和所述白化信号左矩阵分别构造正交投影矩阵的正交补；步骤5：利用所述白化待检测数据矩阵和所述正交投影矩阵的正交补构造中间变量矩阵，并计算所述中间变量矩阵的非零特征值；步骤6：求解系统维数与所述非零特征值相关方程的解；步骤7：利用所述白化待检测数据矩阵、所述中间变量矩阵和所述方程的解构造检测统计量；步骤8：利用所述检测统计量和虚警概率预设值确定检测门限；步骤9：比较所述检测统计量与所述检测门限的大小，并判定目标是否存在。2. 根据权利要求1所述的部分均匀环境中的双子空间信号检测方法，其特征在于，所述步骤3中，利用所述白化矩阵对所述待检测数据矩阵和所述信号左矩阵进行白化，分别得到白化待检测数据矩阵和白化信号左矩阵，分别通过下面两个等式实现： 和；其中，和分别表示白化待检测数据矩阵和白化信号左矩阵。3.根据权利要求2所述的部分均匀环境中的双子空间信号检测方法，其特征在于，所述步骤4中，利用所述信号右矩阵和所述白化信号左矩阵构造的正交投影矩阵的正交补分别为
和，其中，和分别表示利用所述信号右矩阵和所述白化信号左矩阵分别得到的正交投影矩阵的正交补，和分别是维数为和的单位矩阵。4.根据权利要求3所述的部分均匀环境中的双子空间信号检测方法，其特征在于，所述步骤5中，利用所述白化待检测数据矩阵和所述正交投影矩阵的正交补构造的中间变量矩阵分别为、、和，其中，矩阵和的非零特征值的个数分别为、、和，符号表示两个实数中的最小值，矩阵和的第个非零特征值、第个非零特征值、第个非零特征值和第个非零特征值分别记作、、和，其中，、、和。5. 根据权利要求4所述的部分均匀环境中的双子空间信号检测方法，其特征在于，所述步骤6中，求解系统维数与所述非零特征值相关方程的解，其中，系统维数与所述非零特征值的相关方程为下述两个方程：
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(6a) (6b)其中，在方程(6a)中为未知数，在方程(6b)中为未知数，分别记方程(6a)和方程(6b)的解为和。6.根据权利要求5所述的部分均匀环境中的双子空间信号检测方法，其特征在于，所述步骤7中，利用所述白化待检测数据矩阵、所述中间变量矩阵和所述方程的解构造的检测统计量为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘维建，孙梦茹，郝程鹏，
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：