基于混合多項式相位函數(shù)的機(jī)動距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及基于混合多項式相位函數(shù)的機(jī)動距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測方法。其具體步驟為：利用雷達(dá)發(fā)射信號，利用雷達(dá)接收回波信號，然后將回波信號和參考信號進(jìn)行混頻，得到混頻后信號r；得出混頻后信號r的離散多項式相位函數(shù)DCPF|r(n)(n,m)，n為離散時間變量，m為離散調(diào)頻率變量；將混頻后信號r的離散多項式相位函數(shù)沿其時間軸等距分割為多個不重疊的片段，每個片段共有NS個時間采樣點；根據(jù)每個片段的離散多項式相位函數(shù)，構(gòu)建混頻后信號的混合多項式相位函數(shù)H(m)；利用構(gòu)建混頻后信號的混合多項式相位函數(shù)H(m)，得出檢驗統(tǒng)計量u；設(shè)置檢測門限η，如果u≥η，則認(rèn)為有目標(biāo)存在，如果u<η，則認(rèn)為不存在目標(biāo)。
【專利說明】基于混合多項式相位函數(shù)的機(jī)動距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及基于混合多項式相位函數(shù)的機(jī)動距 離擴(kuò)展目標(biāo)檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目標(biāo)的回波信號與兩個雷達(dá)常數(shù)有關(guān)：發(fā)射信號的波長和距離分辨率。如果目標(biāo) 沿雷達(dá)視線方向的尺寸大于雷達(dá)發(fā)射波的波長，那么目標(biāo)可以看成是一系列分散的物理反 射中心的組合，而回波信號可以看成被多個單獨散射中心反射的回波的疊加。
[0003] 近年來高分辨雷達(dá)取得了重大進(jìn)展并在成像方面得到了廣泛的應(yīng)用。在高分辨雷 達(dá)系統(tǒng)中，距離分辨率比目標(biāo)在雷達(dá)視線方向的尺寸要小。因此散射中心分布在不同的距 離單元內(nèi)，目標(biāo)就被看作距離擴(kuò)展目標(biāo)。由于高分辨雷達(dá)收集的回波提供了散射中心的更 精確的信息，其中包括位置、分布、長度。因此目標(biāo)回波就可以用來做目標(biāo)的檢測、識別和分 類。
[0004] 在低分辨雷達(dá)的檢測系統(tǒng)中目標(biāo)定位在一個單一的距離單元中，相比之下高分辨 雷達(dá)的檢測有兩方面的優(yōu)勢。第一，高分辨雷達(dá)單元內(nèi)包含更少的噪聲，這就提供了一個更 高的信噪比。第二，由于高分辨雷達(dá)的一個回波距離單元包含更少的物理散射中心，距離擴(kuò) 展目標(biāo)的回波將更加穩(wěn)定。
[0005] 為了檢測一個距離擴(kuò)展目標(biāo)，通常假設(shè)目標(biāo)模型是已知的。然而距離擴(kuò)展目標(biāo)的 模型對于目標(biāo)的姿態(tài)是高度敏感的。通常距離擴(kuò)展目標(biāo)的檢測是通過最大似然比法或二階 最大似然比法實現(xiàn)的。這些基于廣義似然比檢測（GLRT，generalized likelihood ratio test)的檢測器依賴大量的間接數(shù)據(jù)，他們或是和原始數(shù)據(jù)具有相同的相關(guān)矩陣，或是具有 相同形式的相關(guān)矩陣。一個特殊例子那就是高斯白噪聲。他的協(xié)方差矩陣具有僅決定于協(xié) 方差的相同結(jié)構(gòu)。在這種情況下，間接數(shù)據(jù)并不總是必要的。最近甚至在相關(guān)高斯噪聲或 非高斯噪聲環(huán)境中，一些不需要間接數(shù)據(jù)的檢測器被提出。除此之外基于廣義似然比檢測 的檢測器需要目標(biāo)導(dǎo)向矢量的精確知識。近年，導(dǎo)向矢量的失配問題在一定約束下被減少 了。
[0006] 為了在高斯白噪聲中檢測距離擴(kuò)展目標(biāo)，一種經(jīng)典的檢測器在被提出，即特殊散 射密度檢測（SSD-GLRT，spatial scattering density GLRT)。它通過用于減少噪聲并在 一維高分辨距離向上積分的非線性映射來實現(xiàn)。最近，兩組用于檢測高斯白噪聲中有機(jī)動 航行的距離擴(kuò)展飛行器的檢測器被提出。一種檢測器由多個連續(xù)的高分辨距離像（HRRP， high resolution range profile)的數(shù)學(xué)均值的波形商產(chǎn)生。另一個在單獨的高分辨距離 向的熵進(jìn)行一個非線性縮減映射，用于減少噪聲，之后再將濾波后的高分辨距離向的調(diào)制 過的互相關(guān)矩陣進(jìn)行加權(quán)積分。
[0007] 這兩種檢測器能非結(jié)合地積分目標(biāo)的多個高分辨距離像，從而改善檢測性能。然 而他們都受到目標(biāo)移動的嚴(yán)重影響，包括目標(biāo)的平動和轉(zhuǎn)動。此外，利用兩個相鄰的混頻器 輸出來檢測距離擴(kuò)展目標(biāo)也被提出。這樣的檢測是建立在假設(shè)兩個相鄰的高分辨距離像是 高度相關(guān)的基礎(chǔ)上的。因此這種情況只適用于低速度、并且沒有高速轉(zhuǎn)動的目標(biāo)。
[0008] 為了分析高階多項式信號，多項式相位函數(shù)（CPF, cubic phase function)被 提出。它是信號的時間一調(diào)頻率的二維表示。在CPF域，一個線形調(diào)頻信號表現(xiàn)為一條 與時間軸平行的直線。為了估計線形調(diào)頻信號的參數(shù)，人們提出了乘積多項式相位函數(shù) (PCPF, product cubic phase function)，它是通過求在一些時間按常數(shù)下的CPF的乘積 而得到的。之后又有文獻(xiàn)提出了積分多項式相位函數(shù)（ICPF，integrated cubic phase function)，它是將信號的CPF沿時間軸上求積分。經(jīng)過去斜混頻后的距離擴(kuò)展目標(biāo)雷達(dá)回 波由一系列有著小調(diào)頻率（FR，frequency rate)的線形調(diào)頻信號分量構(gòu)成。這意味著混頻 輸出的CPF集中在OFR區(qū)域。因此PCPF和ICPF能用來分析距離擴(kuò)展目標(biāo)的混頻輸出。但 是二者都有著不足，其中PCPF對CPF的起伏較為敏感，而ICPF省略了較小值的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提出基于混合多項式相位函數(shù)的機(jī)動距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測方法， 適用于檢測機(jī)動高速目標(biāo)。
[0010] 為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0011] 基于混合多項式相位函數(shù)的機(jī)動距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測方法包括以下步驟
[0012] 步驟1，利用雷達(dá)發(fā)射信號，利用雷達(dá)接收回波信號，然后將回波信號和參考信號 進(jìn)行混頻，得到混頻后信號r ;得出混頻后信號r的離散多項式相位函數(shù)DCPF|Hn) (n，m)，η 為離散時間變量，m為離散調(diào)頻率變量；
[0013] 步驟2,將混頻后信號r的離散多項式相位函數(shù)沿其時間軸等距分割為多個不重 疊的片段，每個片段共有隊個時間采樣點；
[0014] 步驟3,根據(jù)步驟2得出的每個片段的離散多項式相位函數(shù)，構(gòu)建混頻后信號的混 合多項式相位函數(shù)H (m);
[0015] 步驟4,利用構(gòu)建混頻后信號的混合多項式相位函數(shù)H(m)，得出檢驗統(tǒng)計量u ;
[0016] 步驟5,設(shè)置檢測門限η，如果u ^ η，則認(rèn)為有目標(biāo)存在，如果u〈 η，則認(rèn)為不存 在目標(biāo)。
[0017] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的檢測結(jié)果僅僅依賴于混頻器的一次輸出（僅利用 一次混頻后信號），因此可以用于檢測高速運動或轉(zhuǎn)動的目標(biāo)。在相同的信噪比下，本發(fā)明 的目標(biāo)檢測概率優(yōu)于現(xiàn)有其他目標(biāo)檢測方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的基于混合多項式相位函數(shù)的機(jī)動距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測方法的流程 圖；
[0019] 圖2為仿真實驗中針對An-26飛行器的雷達(dá)實測回波數(shù)據(jù)分別應(yīng)用幾種檢測器得 出的目標(biāo)檢測概率與信噪比的關(guān)系曲線示意圖；
[0020] 圖3為仿真實驗中針對Cessna Citation S/II飛行器的雷達(dá)實測回波數(shù)據(jù)分別 應(yīng)用幾種檢測器得出的目標(biāo)檢測概率與信噪比的關(guān)系曲線示意圖；
[0021] 圖4為仿真實驗中針對Yark-42飛行器的雷達(dá)實測回波數(shù)據(jù)分別應(yīng)用幾種檢測器 得出的目標(biāo)檢測概率與信噪比的關(guān)系曲線示意圖。

【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0023] 參照圖1，為本發(fā)明的基于混合多項式相位函數(shù)的機(jī)動距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測方法的 流程圖。該基于混合多項式相位函數(shù)的機(jī)動距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測方法包括以下步驟：
[0024] 步驟1，利用雷達(dá)發(fā)射信號，利用雷達(dá)接收回波信號，然后將回波信號和參考信號 進(jìn)行混頻，得到混頻后信號r (對回波信號進(jìn)行去斜處理，從而實現(xiàn)信號的下變頻，得到混 頻后信號1〇;得出混頻后信號1'的離散多項式相位函數(shù)00--|4 )(11，111):

【權(quán)利要求】
1. 基于混合多項式相位函數(shù)的機(jī)動距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測方法，其特征在于，包括以下步 驟 步驟1，利用雷達(dá)發(fā)射信號，利用雷達(dá)接收回波信號，然后將回波信號和參考信號進(jìn)行 混頻，得到混頻后信號r;得出混頻后信號r的離散多項式相位函數(shù)DCPFIHn) (n,m)，η為離 散時間變量，m為離散調(diào)頻率變量； 步驟2,將混頻后信號r的離散多項式相位函數(shù)沿其時間軸等距分割為多個不重疊的 片段，每個片段共有隊個時間采樣點； 步驟3,根據(jù)步驟2得出的每個片段的離散多項式相位函數(shù)，構(gòu)建混頻后信號的混合多 項式相位函數(shù)H(m); 步驟4,利用構(gòu)建混頻后信號的混合多項式相位函數(shù)H(m)，得出檢驗統(tǒng)計量u; 步驟5,設(shè)置檢測門限η，如果u多η，則認(rèn)為有目標(biāo)存在，如果u〈η，則認(rèn)為不存在目 標(biāo)。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于混合多項式相位函數(shù)的機(jī)動距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測方法，其特 征在于，在步驟1中，所述混頻后信號r的離散多項式相位函數(shù)DCPFIHn) (n,m)為： /=U
其中，N為混頻后信號r的長度，1為引入的離散延時變量，η為離散時間變量，η=0, 1，...，N-I;m為離散調(diào)頻率變量，m的取值范圍表示為集合Ω，集合Ω為：Ω= {0, 1，2, · · ·，N-1}〇
3. 如權(quán)利要求1所述的基于混合多項式相位函數(shù)的機(jī)動距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測方法，其特 征在于，在步驟3中，所述混頻后信號的混合多項式相位函數(shù)H(m)為：
其中，N為混頻后信號r的長度，η取kNs+l至（k+l)Ns，I·I表示取模。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于混合多項式相位函數(shù)的機(jī)動距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測方法，其特 征在于，在步驟4中，所述檢驗統(tǒng)計量u為：

其中，N/2-π^是混頻后信號的混合多項式相位函數(shù)H(m)的峰值下降到IOdB時對應(yīng) 的頻率值的最小值，以2+111(|是混頻后信號的混合多項式相位函數(shù)H(m)的峰值下降到IOdB 時對應(yīng)的頻率值的最大值；N為混頻后信號r的長度；mleΩ且N/2-i^Sml<N/2+m。， m2eΩ且N-NQ+1 彡m2 彡N/2-mQ-5,m3eΩ且N/2+mQ+5 彡m3 彡N0。
【文檔編號】G01S7/41GK104459665SQ201410715646
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】李明, 曹潤清, 左磊, 姚菲 申請人:西安電子科技大學(xué)