本發(fā)明屬于信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種距離擴展目標(biāo)檢測方法，可用于彈載步進頻雷達。

背景技術(shù)：

在寬帶雷達系統(tǒng)中，目標(biāo)尺寸遠大于距離單元，目標(biāo)被分辨為多個獨立的散射單元，因此稱之為距離擴展目標(biāo)。低分辨雷達下傳統(tǒng)的點目標(biāo)檢測方法不再適用于距離擴展目標(biāo)檢測，這使得距離擴展目標(biāo)檢測成為近年來備受關(guān)注的一個問題。

寬帶雷達系統(tǒng)可以通過雷達發(fā)射機發(fā)射一系列載頻漸變的窄帶脈沖來實現(xiàn)。高分辨雷達接收到的目標(biāo)回波信號包含著大量的目標(biāo)信息，因此可以用于目標(biāo)成像、識別以及分類等領(lǐng)域。而基于目標(biāo)高分辨距離像的目標(biāo)檢測方法也應(yīng)運而生。應(yīng)用目標(biāo)的高分辨距離像進行距離擴展目標(biāo)檢測的難點在于：目標(biāo)與雷達之間的相對高速運動會導(dǎo)致目標(biāo)高分辨距離像失真，包括距離走動、能量色散以及信噪比損失等，從而導(dǎo)致檢測性能的下降。因此，利用高分辨距離像檢測目標(biāo)的首要任務(wù)是解決目標(biāo)高分辨距離像的失真，然后設(shè)計合適的檢測統(tǒng)計量做出檢測判決。

近年來，很多研究者對距離擴展目標(biāo)檢測進行了深入的研究，提出了一些基于目標(biāo)高分辨距離像的距離擴展目標(biāo)檢測方法。文獻“s.xu,p.shui,andx.yan,cfardetectionofrange-spreadtargetinwhitegaussiannoiseusingwaveformentropy,"electronicsletters,vol.46,pp.647-649,2010.”提出了一種基于波形熵的距離擴展目標(biāo)檢測方法，該方法使用波形熵作為檢測統(tǒng)計量，取得了優(yōu)于ssd-glrt的檢測性能，但是未做距離對齊以及運動補償，而且在信噪比較低時，目標(biāo)存在和純噪聲的情況區(qū)分度不明顯。文獻“x.yang,g.wen,c.ma,b.hui,b.ding,andy.zhang,"cfardetectionofmovingrange-spreadtargetinwhitegaussiannoiseusingwaveformcontrast,"ieeegeoscienceandremotesensingletters,vol.13,pp.282-286,2016.”提出了一種基于波形對比度的距離擴展目標(biāo)檢測方法，該方法基于波形對比度做了運動補償，僅使用單個目標(biāo)高分辨距離像、以波形對比度為檢測統(tǒng)計量，取得了優(yōu)于基于波形熵檢測器的性能，但是在檢測概率要求更高的系統(tǒng)中，該方法未能充分利用目標(biāo)高分辨距離像的信息，從而不能達到更高的檢測概率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于相關(guān)距離的距離擴展目標(biāo)檢測方法，以提高在彈載步進頻雷達體制下對高速距離擴展目標(biāo)的檢測概率。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下：

(1)利用雷達發(fā)射機發(fā)射p個窄帶脈沖串x(t)，利用雷達接收機接收經(jīng)過目標(biāo)散射形成的回波信號并對其混頻后得到模擬基帶信號

(2)對模擬基帶信號依次進行采樣和運動補償，利用補償后的回波數(shù)據(jù)計算得到目標(biāo)的p個高分辨距離像z；

(3)對p個高分辨距離像利用滑動互相關(guān)進行距離對齊：

(3a)將p個高分辨距離像z中的第一個距離像作為基準，記為其中m＝1,2,…,m，為z的第一行，m為逆傅里葉變換點數(shù)；

(3b)定義距離滑動數(shù)為：

其中corr(·,·)表示計算兩序列的互相關(guān)系數(shù)，表示第ξ個高分辨距離像的km次循環(huán)移位，km為正時表示向右移，km為負時表示向左移；

(3c)按照(3b)中的定義計算出距離滑動數(shù)γi，記對齊后的第ξ個高分辨距離像為

(3d)重復(fù)(3c)直至所有高分辨距離像全部對齊；

(4)定義兩個隨機序列x,y之間的相關(guān)距離為dxy＝1-ρxy，其中ρxy是相關(guān)系數(shù)，計算(3)中p個對齊后的高分辨距離像中兩兩之間的相關(guān)距離，得到個相關(guān)距離dn，其中

(5)對(4)中得到的個相關(guān)距離dn求算術(shù)平均，得到檢測統(tǒng)計量：

(6)利用蒙特卡洛實驗得到檢測門限t，將檢測統(tǒng)計量d與檢測門限t進行比較：若d小于t，則接受目標(biāo)存在時的假設(shè)h1，判決為目標(biāo)存在，若d大于t，則接受目標(biāo)不存在時的假設(shè)h0，判決為目標(biāo)不存在。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1)本發(fā)明由于通過一系列窄帶脈沖串實現(xiàn)高分辨雷達中的寬帶信號，為工程實現(xiàn)提供了便利；

2)本發(fā)明在對齊目標(biāo)高分辨距離像時，使用了滑動互相關(guān)，不僅起到了距離對齊的作用，同時進一步彌補了運動補償時速度估計帶來的誤差；

3)本發(fā)明在做目標(biāo)檢測判決時，鑒于目標(biāo)連續(xù)高分辨距離像之間的高度相關(guān)性，使用相關(guān)距離作為檢測統(tǒng)計量，有效地提高了低信噪比下距離擴展目標(biāo)的檢測概率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實現(xiàn)流程圖；

圖2為采用本發(fā)明和現(xiàn)有方法檢測距離擴展目標(biāo)的性能曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明：

參照圖1，本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下：

步驟1，利用雷達發(fā)射機發(fā)射p個窄帶脈沖串x(t)，利用雷達接收機接收經(jīng)過目標(biāo)散射形成的回波信號并對其混頻后得到模擬基帶信號

(1.1)發(fā)射的窄帶脈沖串信號表達式為：

其中i為每個脈沖串中的子脈沖序號，j為虛數(shù)單位，ai為第i個子脈沖的幅度，g(t)表示子脈沖包絡(luò)，tr為子脈沖重復(fù)周期，fi＝f0+iδf為第i個子脈沖的載頻，f0表示基礎(chǔ)載頻，δf表示頻率步進量，θi表示第i個子脈沖的初相，n表示子脈沖個數(shù)。本發(fā)明實例中脈沖串中的子脈沖個數(shù)取n＝128；

(1.2)將回波信號與本振信號混頻，得到回波的模擬基帶信號：

經(jīng)過目標(biāo)散射形成的回波信號如下：

itr+τ(t)≤t≤itr+t+τ(t)

本振信號如下：

zi(t)＝aiexp(j2πfit+θi)

itr≤t≤(i+1)tr

將回波信號與本振信號的共軛信號相乘，得到的混頻后的模擬基帶信號如下：

itr+τ(t)≤t≤itr+t+τ(t)

其中，*表示共軛，a'為第i個子脈沖的回波幅度，a”為第i個子脈沖混頻后模擬基帶信

ii

號的幅度，為回波延時，式中r0為目標(biāo)到雷達的起始距離，v為目標(biāo)與雷達之間的相對速度，c為光速，t為子脈沖寬度；

步驟2，根據(jù)混頻后的模擬基帶信號，計算得到目標(biāo)的高分辨距離像z。

(2.1)對混頻后的模擬基帶信號進行a/d采樣得到離散的回波數(shù)據(jù)，為保證a/d采樣時獲得最大的信號幅度，采樣時間選擇回波信號中心處，即第i個子脈沖的采樣時刻為：

在上述時刻對模擬基帶信號采樣，得到一個脈沖串中連續(xù)n個子脈沖回波的復(fù)采樣序列為：

其中ξ為脈沖串序號，i為每個脈沖串中的子脈沖序號，為第i個子脈沖混頻后模擬基帶信號的采樣幅度；

(2.2)引入速度加權(quán)因子：

其中是目標(biāo)與雷達之間相對速度的估計值；

(2.3)使用速度加權(quán)因子進行運動補償，將(2.1)得到的復(fù)采樣序列mξ(i)與速度加權(quán)因子wi相乘，得到補償后的回波信號：

(2.4)對p組補償后的回波信號分別做m點逆傅里葉變換，得到目標(biāo)補償后的高分辨距離像z，其中z為一個p×m矩陣，z的每一行對應(yīng)一個脈沖串形成的高分辨距離像。

步驟3，對p個高分辨距離像利用滑動互相關(guān)進行距離對齊。

(3.1)將p個高分辨距離像中的第一個距離像作為基準，記為：

其中m＝1,2,…,m，為z的第一行，m為逆傅里葉變換點數(shù)；

(3.2)定義距離滑動數(shù)為：

其中corr(·,·)表示計算兩序列的互相關(guān)系數(shù)，表示第ξ個高分辨距離像的km次循環(huán)移位，km為正時表示向右移，km為負時表示向左移；

(3.3)按照(3.2)中的定義計算出距離滑動數(shù)γi，記對齊后的第ξ個高分辨距離像為即

(3.4)重復(fù)步驟(3.3)直至所有高分辨距離像全部對齊。

步驟4，計算p個高分辨距離像中兩兩之間的相關(guān)距離。

(4.1)定義相關(guān)距離如下：

設(shè)x,y是兩個維數(shù)相同的向量，則它們之間的相關(guān)距離為：

d＝1-ρxy，

其中ρxy是相關(guān)系數(shù)；

(4.2)按照(4.1)中的定義計算p個高分辨距離像中兩兩之間的相關(guān)距離，得到個相關(guān)距離dn，其中n＝1,2,…,表示組合數(shù)，“！”表示階乘，p是脈沖串個數(shù)。

步驟5，對步驟4中得到的個相關(guān)距離dn求平均得到檢測統(tǒng)計量d。

步驟6，利用蒙特卡洛仿真得到檢測門限t，比較檢測統(tǒng)計量d和檢測門限t的大小，根據(jù)比較結(jié)果對目標(biāo)檢測判決：

如果d≤t，則認為有目標(biāo)；

如果d＞t，則認為無目標(biāo)。

基于上述步驟1到步驟6，完成基于相關(guān)距離的距離擴展目標(biāo)檢測。

下面結(jié)合仿真實驗對本發(fā)明的效果做進一步說明。

1.仿真參數(shù)

雷達參數(shù)

信噪比從-15db到0db，每個信噪比水平下進行5000次獨立重復(fù)蒙特卡洛實驗。

2.仿真實驗內(nèi)容

仿真實驗，對上述仿真參數(shù)，分別采用本發(fā)明方法和基于單脈沖串使用波形對比度的方法得到距離擴展目標(biāo)檢測結(jié)果，結(jié)果對比如圖2所示，圖2中橫軸表示信噪比，縱軸均表示檢測概率。

從圖2中可以看出，采用本發(fā)明方法得到的檢測概率曲線明顯優(yōu)于現(xiàn)有方法得到的檢測概率曲線。

綜上所述，本發(fā)明提出的基于相關(guān)距離的距離擴展目標(biāo)檢測方法，充分利用了雷達工作平臺的先驗信息，解決了由目標(biāo)與雷達之間的相對高速運動導(dǎo)致的目標(biāo)高分辨距離像失真，有效地提高了低信噪比下距離擴展目標(biāo)的檢測概率。