一种自适应散射中心估计的距离扩展目标检测方法技术

本发明专利技术公开一种自适应散射中心估计的距离扩展目标广义似然比检测方法，应用于雷达目标检测技术领域。针对传统非高斯杂波下距离扩展目标检测器在目标散射中心先验信息未知或先验信息与实际不匹配时，目标检测性能不稳健问题，本发明专利技术利用雷达检测窗口中目标散射中心个数稀疏的特性，提出了基于稀疏表示理论的散射中心自适应估计的距离扩展目标检测方法；特别是所提出的方法中，为了兼顾了目标散射中心非稀疏情形下估计性能，提出了正则化项权重动态调整的稀疏正则化估计模型。仿真结果表明，本发明专利技术所提方法能够在目标散射中心分布稀疏和非稀疏情况下，实现散射中心有效估计，并获得稳健的目标检测性能。该方法无需目标散射中心的先验信息。心的先验信息。心的先验信息。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应散射中心估计的距离扩展目标检测方法


[0001]本专利技术属于雷达目标检测
，特别涉及一种非高斯杂波背景下自适应散射中心估计的距离扩展目标检测方法。

技术介绍

[0002]宽带雷达通过发射大带宽信号，并结合脉冲压缩技术，获得高的距离维分辨能力。当雷达距离分辨率小于目标径向几何尺寸时，依据目标尺寸和分辨率的大小，目标回波在距离维度分解为多个独立的散射中心，此时雷达目标称为距离扩展目标，沿着距离维分布的散射中心也称为目标的“一维距离像”。论文《Effect of a few dominant specular reflectors target model upon target detection》(R.Nitzberg等，IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，1978年第4期，第670
‑
673页)研究表明，当雷达的距离分辨率刚好与目标几何尺寸相等时，此时对该目标具有最优的检测性能；若继续增大雷达距离分辨率，且缺乏或未利用目标散射中心分布的先验信息，则目标的检测性能将降低。因此，获取并利用距离扩展目标散射中心分布先验信息，即散射中心数量、位置等，是提高距离扩展目标检测性能的关键。
[0003]论文《Spatially Distributed Target Detection in Non
‑
Gaussian Clutter》(K.Gerlach等，IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，1999年第3期，第926
‑
936页)假设距离扩展目标散射中心密度信息已知，分别提出了不依赖和依赖目标散射中心密度先验信息的两种检测器(NSDD
‑
GLRT和SDD
‑
GLRT)；国内学者何友等人在论文《Novel range
‑
spread target detectors in non
‑
Gaussian clutter》(Y.He等，IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2010年第3期，第1312
‑
1328页)中提出了一种基于顺序统计理论的距离扩展目标检测器(OS
‑
GLRT)，该方法本质是假设目标散射中心个数已知。以上两种检测器均基于非高斯杂波背景，在目标实际散射中心与先验假设匹配时具有优良的检测性能；反之，会出现由于坍塌损失而引起检测性能急剧下降。为了解决目标散射中心先验信息不匹配而导致的性能下降问题，设计自适应目标散射中心估计的检测器是近年来研究的热点。在高斯杂波背景下，文献《Improved double threshold detector for spatially distributed target》(T.Long等，IEICE transactions on communications，2012年第4期，第1475
‑
1478页)和CN112731388A提出了两种基于双门限的距离扩展目标检测方法。通过第一门限估计目标有效散射中心，然后对估计的散射中心能量进行积累并与第二门限比较判断目标是否存在。仿真结果表明，针对散射中心稀疏分布目标，以上两种方法均能够有效估计目标散射中心并获得较优的检测性能；而对于散射中心非稀疏分布目标，极端情况如目标散射中心均匀分布在检测窗所有距离单元内，此时，以上两种方法对散射中心估计性能变差，导致目标检测性能降低。其次，以上两种基于双门限散射中心估计的方法均针对服从独立同分布的白高斯噪声环境，不能适用于非高斯杂波环境。
[0004]综上所述，传统扩展目标检测方法的主要问题是，一是基于散射中心分布先验假
设的检测方法，在先验信息与待检测目标散射中心实际分布不匹配时，检测性能下降；二是基于双门限散射中心估计方法，仅适用于独立同分布白高斯噪声背景下距离扩展目标检测，且在非稀疏散射中心分布情况下，检测性能出现降级。

技术实现思路

[0005]为了解决非高斯杂波背景下距离扩展目标散射中心自适应估计问题，提高距离扩展目标检测器检测性能和稳健性，本专利技术利用雷达检测窗口中目标散射中心的稀疏特性，提出一种基于稀疏表示理论的稀疏正则化散射中心自适应估计方法，然后基于估计的散射中心构建广义似然比检测器，特别是所提出的方法中，为了兼顾了目标散射中心非稀疏情形下估计性能，提出了正则化项权重动态调整的稀疏正则化估计模型。仿真结果表明，所提方法能够适应稀疏和非稀疏目标散射中心分布模型，完成非高斯杂波背景下散射中心有效估计并获得稳健的目标检测性能。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：一种自适应散射中心估计得距离扩展目标检测方法，包括：
[0007]S1：对一个相干处理间隔内接收的雷达原始回波信号S进行预处理，得到
[0008]S2：设置雷达待检测窗口距离扩展目标检测过程用二元假设检验问题进行描述；Θ
N
为N个连续距离单元下标的索引集合，y
n
为中的信号；
[0009]S3：计算待检测雷达检测窗口{y
n
|n∈Θ
N
}内每个距离单元的检验统计量{z
n
|n∈Θ
N
}；z
n
为Θ
N
中第n个距离单元接收信号y
n
的检验统计量；
[0010]S4：基于稀疏正则化方法，根据检验统计量{z
n
,n∈Θ
N
}，估计Θ
N
中目标散射中心位置和个数
[0011]S5：对个估计的散射中心进行非相干积累，得到距离扩展目标检验统计量Λ；
[0012]S6：根据系统设置的虚警率p
fa
要求和散射中心个数计算检测门限
[0013]S7：判决目标有无：当则判决为有目标，否则判决为没有目标。
[0014]本专利技术的有益效果：本专利技术提出了一种非高斯杂波下基于散射中心自适应估计的距离扩展目标检测方法，该方法不需要雷达检测窗口中目标散射中心的任何先验信息，解决了非高斯杂波下距离扩展目标散射中心自适应估计问题；所提出的散射中心估计方法能够适应不同距离扩展目标散射中心的分布特性，在散射中心分布稀疏和非稀疏情形下均能取得优良的估计性能，解决了传统基于先验假设的距离扩展目标检测方法检测性能不稳健的问题。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的雷达原始回波信号预处理后示意图；
[0016]图2是本专利技术的基于自适应散射中心估计的距离扩展目标检测方法实施原理框图；
[0017]图3是表1中6种目标散射分布模型下，本专利技术方法与已有的非高斯杂波下距离扩展目标检测方法的检测概率性能对比图；
[0018]其中，(a)为模式1下本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应散射中心估计的距离扩展目标检测方法，其特征在于，包括：S1：对一个相干处理间隔内接收的雷达原始回波信号S进行预处理，得到S2：设置雷达待检测窗口距离扩展目标检测过程用二元假设检验问题进行描述；Θ
N
为N个连续距离单元下标的索引集合，y
n
为中第n个距离单元的信号矢量；S3：计算待检测雷达检测窗口{y
n
|n∈Θ
N
}内每个距离单元的检验统计量{z
n
|n∈Θ
N
}；z
n
为Θ
N
中第n个距离单元接收信号y
n
的检验统计量；S4：基于稀疏正则化方法，根据检验统计量{z
n
,n∈Θ
N
}，估计Θ
N
中目标散射中心位置和个数S5：对个估计的散射中心进行非相干积累，得到距离扩展目标检验统计量Λ；S6：根据系统设置的虚警率p
fa
要求和散射中心个数计算检测门限S7：判决目标有无：当则判决为有目标，否则判决为没有目标。2.根据权利要求1所述的一种自适应散射中心估计的距离扩展目标检测方法，其特征在于，步骤S1具体为：S11、一个相干处理间隔内共包括M个脉冲周期，每个脉冲周期雷达采集L个样本，雷达在一个相干处理间隔内采集的原始回波信号包括M
×
L个复数样本，记为记为表示任意M
×
L维复数矩阵，S中行和列分别表示脉冲和时间维度；S12、对S中每个脉冲周期接收回波信号进行匹配滤波处理，得到矩阵矩阵的行和列分别表示脉冲和距离维度，记中第l列信号为因此3.根据权利要求2所述的一种自适应散射中心估计的距离扩展目标检测方法，其特征在于，步骤S2具体为：S21、假设雷达预设的检测窗口长度为N，1≤N≤L，即雷达需要依次对中任意N个连续距离单元信号{y
n
,y
n+1
,
…
,y
n+N
‑1}进行检测并判断目标有无，其中1≤n≤L
‑
N+1；S22、N个连续距离单元下标的索引集合为Θ
N
，即Θ
N
＝{n,n+1,
…
,n+N
‑
1}，并假设Θ
N
中包含数量和分布未知的K个目标散射中心，0≤K≤N，并记目标散射中心所在距离单元下标的索引集合为Θ
K
；S23、距离扩展目标检测过程可以用下面的二元假设...

【专利技术属性】
技术研发人员：任周唱，易伟，赖样明，孔令讲，王超，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：