本發(fā)明隸屬于雷達信號處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于線性融合的雷達目標(biāo)自適應(yīng)檢測方法。

背景技術(shù)：

雷達目標(biāo)自適應(yīng)檢測主要涉及兩個方面：未知雜波譜特性的準(zhǔn)確估計和自適應(yīng)檢測器結(jié)構(gòu)的合理構(gòu)建；未知雜波協(xié)方差矩陣估計是雜波譜特性估計中的重要內(nèi)容，其估計結(jié)果的好壞直接影響最終的檢測性能，實際中可利用與待檢測距離單元鄰近的不包含目標(biāo)的參考數(shù)據(jù)，對未知的雜波譜特性進行估計。

對低分辨率雷達場景，雜波分布滿足中心極限定理，不同距離單元雜波統(tǒng)計特性可用高斯分布進行建模。但隨著雜波環(huán)境的復(fù)雜化、雷達分辨率的提高或在低掠地角條件下，背景雜波呈現(xiàn)出較強的非高斯特性，一般可采用復(fù)合高斯分布進行描述和建模；根據(jù)中心極限定理的局部有效性，復(fù)合高斯分布可表示為時空慢變的非負紋理分量與時空快變的復(fù)高斯散斑分量之乘積。針對經(jīng)典的復(fù)高斯背景下的雷達點目標(biāo)檢測問題，廣義似然比檢驗檢測器通過對所有未知參數(shù)進行聯(lián)合估計，充分利用待檢測距離單元數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)中的雜波信息，在高斯環(huán)境中能獲得最優(yōu)的檢測性能，且對高斯雜波具有恒虛警率(CFAR)特性；復(fù)高斯背景下未知雜波協(xié)方差矩陣的最大似然估計可表示為采樣協(xié)方差矩陣形式，與廣義似然比檢驗檢測器相比，基于采樣協(xié)方差矩陣的自適應(yīng)匹配濾波器能以較小的運算量在高斯環(huán)境中獲得次優(yōu)的檢測性能，且對高斯雜波具有CFAR特性。以上兩種點目標(biāo)檢測器在高斯背景下各有所長，廣義似然比檢驗檢測器能獲得最優(yōu)檢測性能，但運算量略高，而自適應(yīng)匹配濾波器在降低運算量的同時仍能保持次優(yōu)的檢測性能，但二者的檢測性能和CFAR特性均隨著雜波非高斯特性的增強而變差。在雜波服從復(fù)合高斯分布的非高斯背景下，未知雜波協(xié)方差矩陣的最大似然估計沒有閉型表達式，且涉及到超越方程的求解，歸一化采樣協(xié)方差矩陣等均為次優(yōu)估計方法；以兩步法廣義似然比檢驗為基礎(chǔ)，基于歸一化采樣協(xié)方差矩陣的自適應(yīng)歸一化匹配濾波器在非高斯環(huán)境中具有較好的檢測性能，且對復(fù)合高斯雜波表現(xiàn)出一定的CFAR魯棒性，但其檢測性能和CFAR特性在高斯雜波背景下有所退化。雖然針對高斯和復(fù)合高斯雜波背景存在最優(yōu)或次優(yōu)的雜波協(xié)方差矩陣估計方法和點目標(biāo)檢測器結(jié)構(gòu)，但實際環(huán)境中，雜波的非高斯特性往往在時間和空間上隨環(huán)境的改變而變化，上述特定雜波背景下的最優(yōu)或次優(yōu)雜波協(xié)方差矩陣估計方法和點目標(biāo)檢測器難以適應(yīng)雜波環(huán)境的快速變化，導(dǎo)致相應(yīng)的檢測性能和CFAR特性惡化。

針對實際環(huán)境中雜波非高斯程度的時空易變特點，如何綜合利用特定雜波背景下最優(yōu)或次優(yōu)雜波協(xié)方差矩陣估計方法和點目標(biāo)檢測器，合理利用雜波非高斯特征信息，通過簡潔有效的融合規(guī)則設(shè)計合適的點目標(biāo)自適應(yīng)檢測器結(jié)構(gòu)，在增強檢測器CFAR魯棒性的前提下，進一步提高未知雜波環(huán)境下的雷達目標(biāo)檢測性能，是提升復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達探測能力的關(guān)鍵，也是目前急需解決的難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對實際環(huán)境中雜波非高斯程度的時空易變特點，如何綜合利用特定雜波背景下最優(yōu)或次優(yōu)雜波協(xié)方差矩陣估計方法，充分發(fā)揮自適應(yīng)匹配濾波器和廣義似然比檢驗檢測器對高斯雜波環(huán)境的優(yōu)越性能，以及自適應(yīng)歸一化匹配濾波器對非高斯雜波環(huán)境的魯棒性，合理利用雜波非高斯特征信息，通過簡潔有效的融合規(guī)則，設(shè)計合適的點目標(biāo)自適應(yīng)檢測器結(jié)構(gòu)，兼顧實際檢測環(huán)境對檢測性能和算法運算量的需求，增強檢測器的CFAR魯棒性和對雜波環(huán)境的自適應(yīng)性，提高未知雜波環(huán)境下的雷達目標(biāo)檢測性能。

本發(fā)明所述基于線性融合的雷達目標(biāo)自適應(yīng)檢測方法包括以下技術(shù)措施：

步驟1獲取單個待檢測距離單元雷達回波向量x₀作為待檢測數(shù)據(jù)向量，以單個待檢測距離單元為中心，在其前后分別連續(xù)取一定數(shù)量距離單元雷達回波觀測數(shù)據(jù)，構(gòu)成R個參考數(shù)據(jù)向量x_m,m＝1,2,…,R，其中，x₀和x_m,m＝1,2,…,R均為N×1維的向量，N表示雷達接收陣元數(shù)與相干處理脈沖數(shù)的乘積；

步驟2利用參考數(shù)據(jù)向量x_m,m＝1,2,…,R，分別計算未知協(xié)方差矩陣的采樣協(xié)方差矩陣估計值和近似最大似然估計值

其中，未知協(xié)方差矩陣的采樣協(xié)方差矩陣估計值表示為

上式中，上標(biāo)H表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置運算；

未知協(xié)方差矩陣的近似最大似然估計值通過如下的迭代過程實現(xiàn)

其中，上標(biāo)-1表示矩陣的求逆運算，k＝0,1,...,K-1，K表示最終的迭代次數(shù)，表示第k次迭代的估計矩陣；為增強估計過程的普適性，式(2)的初始化矩陣采用單位陣，而最終的迭代結(jié)果即為近似最大似然估計值

步驟3根據(jù)實際檢測環(huán)境對檢測性能和算法運算量的需求，基于采樣協(xié)方差矩陣估計值計算回波向量x₀的均勻背景檢測器檢測統(tǒng)計量λ_h，基于近似最大似然估計值計算回波向量x₀的自適應(yīng)歸一化匹配濾波器檢測統(tǒng)計量λ_ANMF；根據(jù)實際雜波的非高斯程度設(shè)定比例因子α，基于均勻背景檢測器和自適應(yīng)歸一化匹配濾波器的線性融合，構(gòu)建回波向量x₀的自適應(yīng)檢測統(tǒng)計量λ_α；

其中，基于采樣協(xié)方差矩陣估計值回波向量x₀的均勻背景檢測器的形式采用自適應(yīng)匹配濾波器或廣義似然比檢驗檢測器；

自適應(yīng)匹配濾波器檢測統(tǒng)計量λ_AMF表示為

上式中，p表示已知的空時導(dǎo)向矢量，是一個N×1維的單位向量，根據(jù)雷達工作參數(shù)確定；

廣義似然比檢驗檢測器檢測統(tǒng)計量λ_GLRT表示為

基于近似最大似然估計值回波向量x₀的自適應(yīng)歸一化匹配濾波器檢測統(tǒng)計量λ_ANMF表示為

基于λ_h和λ_ANMF的線性融合，構(gòu)建回波向量x₀的自適應(yīng)檢測統(tǒng)計量λ_α，即

λ_α＝αλ_h+(1-α)λ_ANMF (6)

上式中，比例因子α滿足0≤α≤1，且根據(jù)實際雜波的非高斯程度設(shè)定，使得檢測器具有很強的泛化能力，其中雜波的非高斯程度越大，則α的取值越?。沪?sub>h根據(jù)實際需要取λ_GLRT或λ_AMF，若檢測器對檢測性能要求較高則取λ_h＝λ_GLRT，若檢測器對降低運算量要求較高則取λ_h＝λ_AMF；

步驟4為保持檢測方法的恒虛警率特性，根據(jù)預(yù)設(shè)的虛警概率設(shè)置檢測門限T；將回波向量x₀的自適應(yīng)檢測統(tǒng)計量λ_α與門限T進行比較，若λ_α≥T，則判定待檢測距離單元存在目標(biāo)，回波向量x₀不作為其他距離單元的參考數(shù)據(jù)；反之若λ_α<T，則判定待檢測距離單元不存在目標(biāo)，回波向量x₀作為后續(xù)其他距離單元的參考數(shù)據(jù)。

與背景技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：1)合理利用雜波非高斯特征信息，能根據(jù)實際環(huán)境中雜波非高斯程度自適應(yīng)設(shè)定線性融合中的比例因子；2)通過綜合利用特定雜波背景下最優(yōu)或次優(yōu)雜波協(xié)方差矩陣估計方法，能將高斯背景下自適應(yīng)匹配濾波器或廣義似然比檢驗檢測器與復(fù)合高斯背景下自適應(yīng)歸一化匹配濾波器進行簡潔高效的線性融合，充分發(fā)揮自適應(yīng)匹配濾波器和廣義似然比檢驗檢測器對高斯雜波環(huán)境的優(yōu)越性能，以及自適應(yīng)歸一化匹配濾波器對非高斯雜波環(huán)境的魯棒性；3)所設(shè)計的點目標(biāo)檢測器結(jié)構(gòu)簡潔，具有很強的泛化能力，能同時兼顧檢測性能、算法運算量等多方面需求，能增強檢測器的CFAR魯棒性和對雜波環(huán)境的自適應(yīng)性，提高未知雜波環(huán)境下的雷達目標(biāo)檢測的綜合性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所提出的基于線性融合的雷達目標(biāo)自適應(yīng)檢測方法的功能模塊圖。圖1中，1.采樣協(xié)方差矩陣計算模塊，2.近似最大似然估計矩陣計算模塊，3.均勻背景檢測器構(gòu)建模塊，4.自適應(yīng)歸一化匹配濾波器構(gòu)建模塊，5.線性融合計算模塊，6.檢測判決模塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。本發(fā)明實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。

參照說明書附圖1，本發(fā)明的具體實施方式分為以下幾個步驟：

步驟1待檢測距離單元為中心，在其前后分別連續(xù)取一定數(shù)量距離單元雷達回波觀測數(shù)據(jù)，構(gòu)成R個參考數(shù)據(jù)向量x_m,m＝1,2,…,R，其中，x_m,m＝1,2,…,R均為N×1維的向量，N表示雷達接收陣元數(shù)與相干處理脈沖數(shù)的乘積；并將參考數(shù)據(jù)向量送至采樣協(xié)方差矩陣計算模塊(1)和近似最大似然估計矩陣計算模塊(2)；

步驟2利用參考數(shù)據(jù)向量x_m,m＝1,2,…,R，在采樣協(xié)方差矩陣計算模塊(1)中，根據(jù)式(1)計算未知協(xié)方差矩陣的采樣協(xié)方差矩陣估計值并將送至均勻背景檢測器構(gòu)建模塊(3)；在近似最大似然估計矩陣計算模塊(2)中，根據(jù)式(2)計算未知協(xié)方差矩陣的近似最大似然估計值并將送至自適應(yīng)歸一化匹配濾波器構(gòu)建模塊(4)；

值得注意的是，當(dāng)K＝1，根據(jù)式(2)計算的近似最大似然估計值表示為

由式(7)可知，由于式(2)的初始化矩陣采用單位陣，經(jīng)過一次迭代后獲得的近似最大似然估計值恰好為歸一化采樣協(xié)方差矩陣，說明歸一化采樣協(xié)方差矩陣為近似最大似然估計值在K＝1時的特例，顯示了式(2)所示的近似最大似然估計過程具有很強的普適性；對于非高斯雜波環(huán)境，當(dāng)K≥3時，近似最大似然估計能獲得較好的估計精度，綜合考慮算法運算量和檢測器設(shè)計對協(xié)方差矩陣估計精度的要求，取K＝3的迭代結(jié)果作為近似最大似然估計值；

步驟3獲取單個待檢測距離單元的N×1維雷達回波向量x₀作為待檢測數(shù)據(jù)向量，并將x₀送至均勻背景檢測器構(gòu)建模塊(3)和自適應(yīng)歸一化匹配濾波器構(gòu)建模塊(4)；在均勻背景檢測器構(gòu)建模塊(3)中，根據(jù)實際檢測環(huán)境對檢測性能和算法運算量的需求，基于計算回波向量x₀的均勻背景檢測器檢測統(tǒng)計量λ_h，若檢測器對檢測性能要求較高則利用式(4)取λ_h＝λ_GLRT，若檢測器對降低運算量要求較高則利用式(3)取λ_h＝λ_AMF；在自適應(yīng)歸一化匹配濾波器構(gòu)建模塊(4)中，根據(jù)式(5)利用計算回波向量x₀的自適應(yīng)歸一化匹配濾波器檢測統(tǒng)計量λ_ANMF，并將λ_h和λ_ANMF送至線性融合計算模塊(5)；在線性融合計算模塊(5)中，根據(jù)實際雜波的非高斯程度設(shè)定比例因子α，雜波的非高斯程度越大，則α的取值越小，基于均勻背景檢測器和自適應(yīng)歸一化匹配濾波器的線性融合，根據(jù)式(6)構(gòu)建回波向量x₀的自適應(yīng)檢測統(tǒng)計量λ_α，將λ_α送至檢測判決模塊(6)；

值得注意的是，當(dāng)背景雜波分布的高斯性較強時，α的取值較大，在極端的高斯背景下，取α＝1，此時由式(6)可知λ_α＝λ_h，說明基于采樣協(xié)方差矩陣的自適應(yīng)匹配濾波器或廣義似然比檢驗檢測器為本發(fā)明所提出的檢測方法在α＝1時的特例，且本發(fā)明所提出的檢測方法可根據(jù)實際檢測環(huán)境對檢測性能和算法運算量的需求自動選擇兩種檢測器中的一種；而當(dāng)背景雜波分布的非高斯性較強時，α的取值較小，在極端的復(fù)合高斯分布的非高斯背景下，取α＝0，此時由式(6)可知λ_α＝λ_ANMF，說明自適應(yīng)歸一化匹配濾波器為本發(fā)明所提出的檢測方法在α＝0時的特例；綜上所述，本發(fā)明所提出的檢測方法能合理利用雜波非高斯特征信息，根據(jù)實際雜波分布的非高斯程度自適應(yīng)調(diào)整參數(shù)，使檢測器結(jié)構(gòu)能適應(yīng)于實際雜波環(huán)境的變化，具有很強的泛化能力，通過將高斯和復(fù)合高斯背景下最優(yōu)或次優(yōu)雜波協(xié)方差矩陣估計方法和檢測器進行匹配利用，充分發(fā)揮廣義似然比檢驗檢測器在高斯雜波背景下的最優(yōu)檢測性能、自適應(yīng)匹配濾波器兼顧運算量和檢測性能需求的優(yōu)異綜合性能、以及自適應(yīng)歸一化匹配濾波器在非高斯雜波背景下的CFAR魯棒性和檢測性能優(yōu)勢，且能涵蓋現(xiàn)有三種檢測器結(jié)構(gòu)；

步驟4在檢測判決模塊(6)中進行檢測判決并輸出檢測結(jié)果，為保持檢測方法的恒虛警率特性，根據(jù)預(yù)設(shè)的虛警概率設(shè)置檢測門限T；將單個待檢測距離單元對應(yīng)的回波向量x₀的自適應(yīng)檢測統(tǒng)計量λ_α與門限T進行比較，若λ_α≥T，則判定待檢測距離單元存在點目標(biāo)，回波向量x₀不能作為其他距離單元的參考數(shù)據(jù)；反之若λ_α<T，則判定待檢測距離單元不存在點目標(biāo)，回波向量x₀可作為后續(xù)其他距離單元的參考數(shù)據(jù)。