本發(fā)明屬于極化雷達探測技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及雷達天線主瓣內(nèi)同時存在多個射頻干擾或主瓣內(nèi)存在變極化射頻干擾情況下的極化雷達目標(biāo)檢測問題。

背景技術(shù)：

極化雷達一般指的是具有雙極化或多極化天線，并能夠快速改變發(fā)射、接收極化狀態(tài)的雷達。由于極化雷達能夠通過使其接收極化匹配于雷達目標(biāo)回波極化或正交于干擾信號極化，從而提升信干噪比(信號與干擾、噪聲的功率比)，因此，極化雷達具有更好的目標(biāo)檢測能力。

極化雷達的目標(biāo)檢測性能優(yōu)勢在單個主瓣干擾情況下表現(xiàn)的尤為突出，其基本原理是通過極化對消抑制主瓣干擾從而顯著提升檢測前的信干噪比。然而，當(dāng)主瓣同時存在多個干擾時其檢測性能迅速下降。

隨著民用射頻環(huán)境的日益復(fù)雜和雷達工作頻段的不斷延伸，雷達受到同頻段民用射頻干擾的威脅越來越大，其中與雷達目標(biāo)方向臨近的射頻干擾會在雷達天線主瓣內(nèi)形成多個極化不同、相關(guān)性較弱的干擾，使得合成干擾信號的極化度迅速降低，導(dǎo)致極化雷達干擾抑制和目標(biāo)檢測能力嚴重下降。特別是當(dāng)主瓣內(nèi)存在多個空間緊鄰的干擾或主瓣內(nèi)存在極化狀態(tài)隨機變化的干擾(稱為變極化干擾)時，現(xiàn)有方法很難有效檢測目標(biāo)。

主瓣同時存在多個空間緊鄰干擾或變極化干擾背景下的雷達目標(biāo)檢測問題，是雷達界當(dāng)前面臨的難點問題，還未有公開文獻報道過相關(guān)技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種極化雷達目標(biāo)檢測方法，這種方法采用均勻相位分集的雷達發(fā)射極化分集體制，并基于極化狀態(tài)分布特征差異，能夠在主瓣內(nèi)同時存在多個空間緊鄰干擾或變極化干擾背景下有效檢測雷達目標(biāo)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，雷達采用正交雙極化陣列接收天線和均勻相位分集的發(fā)射極化分集體制，對每一個pri(pulserepeatedinterval，脈沖重復(fù)周期)的接收信號生成極化-空間聯(lián)合譜；然后將所有極化-空間聯(lián)合譜疊加形成合成譜。對合成譜取模后，采用四維單元平均恒虛警檢測(cell-averageconstantfalsealarmrate，ca-cfar)和點跡合并方法得到疑似目標(biāo)點。對合成譜在方位-俯仰空間中進行方位-俯仰網(wǎng)格劃分，計算每個方位-俯仰網(wǎng)格內(nèi)所有疑似目標(biāo)點的極化狀態(tài)距離標(biāo)準(zhǔn)差特征量，并與檢測門限進行比較，判定疑似目標(biāo)是否為雷達目標(biāo)。

本發(fā)明的技術(shù)效果：

本發(fā)明采用均勻相位分集的方式實現(xiàn)雷達發(fā)射極化分集，進而利用目標(biāo)極化狀態(tài)隨發(fā)射極化有規(guī)律變化而干擾極化狀態(tài)不服從該規(guī)律的差異，通過計算合成譜，并且利用合成譜的極化分布特征，有效地判別目標(biāo)的“存在”，因此本發(fā)明能夠顯著提升主瓣同時存在多個緊鄰干擾或主瓣存在變極化干擾情況下的雷達目標(biāo)檢測能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所提方法的信號處理流程示意圖；

圖2為利用本發(fā)明所提方法計算得到的目標(biāo)、主瓣多個緊鄰干擾、主瓣變極化干擾的“極化狀態(tài)距離標(biāo)準(zhǔn)差”檢測特征量與檢測門限對比圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步說明。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種基于均勻相位分集體制的極化雷達目標(biāo)檢測方法，極化雷達采用正交雙極化陣列接收天線，不失一般性，設(shè)為h(horizontal，水平)極化、v(vertical，垂直)極化，設(shè)h極化陣列和v極化陣列的陣元數(shù)均為k，陣元間距不大于極化雷達發(fā)射信號半波長；極化雷達采用均勻相位分集的發(fā)射極化分集體制，每個pri發(fā)射極化的相位描述子為(γn,ηn)，其中n＝1,…,n，n為發(fā)射極化分集數(shù)，其特征在于，包括以下三個步驟：

第一步，形成合成譜。

首先，對第n個pri對應(yīng)的雙極化陣列接收信號進行極化-空間聯(lián)合譜估計，可以利用現(xiàn)有的任意一種方法進行極化-空間聯(lián)合譜估計。優(yōu)先使用極化-空間music譜估計方法，參見文獻：徐有根,劉志文,龔曉峰，極化敏感陣列信號處理[m]，北京:北京理工大學(xué)出版社，2013。設(shè)得到的極化-空間聯(lián)合譜pn(θ,φ,γ,η)，其中θ為俯仰角，φ為方位角，極化角γ表示相對幅度信息，極化角η表示相對相位信息，極化角γ和極化角η一起構(gòu)成極化矢量相位描述子。

將n個pri對應(yīng)的極化-空間聯(lián)合譜疊加，得到合成譜p(θ,φ,γ,η)：

第二步，提取疑似目標(biāo)。

本步驟包括兩個主要環(huán)節(jié)，一是進行恒虛警檢測，二是進行點跡合并。具體處理過程如下：

對合成譜的幅度譜|p(θ,φ,γ,η)|(“||”表示取模)利用四維ca-cfar進行檢測，保護單元長度和檢測門限值根據(jù)具體情況確定。四維ca-cfar檢測方法是一維ca-cfar檢測方法的簡單拓展，即在(θ,φ,γ,η)構(gòu)成的四維空間中，在待檢測點周圍選擇與其在四個坐標(biāo)軸上均相距保護單元長度的點。在四維空間中，存在16個點，與待檢測點的距離在每個坐標(biāo)軸上均相距保護單元長度。將16個點的幅度值進行平均作為背景參考電平。

將四維ca-cfar檢測的過門限點在四維空間進一步進行點跡合并處理，得到疑似目標(biāo)點。四維空間的點跡合并處理是一維空間點跡合并處理的簡單拓展，一維空間點跡合并處理主要方法是雷達從一維坐標(biāo)軸上對連續(xù)多個過門限點進行選擇并只輸出其中一個過門限點，一般選擇的是連續(xù)過門限點中的最大值點，本發(fā)明中，四維空間點跡合并處理是對方位角φ、俯仰角θ、極化角γ、極化角η構(gòu)成四維空間上的連續(xù)過門限點選擇最大值點進行輸出。

設(shè)經(jīng)過上述點跡合并處理后得到的疑似目標(biāo)共有i個，設(shè)第i個疑似目標(biāo)在合成譜p(θ,φ,γ,η)上的坐標(biāo)位置(θi,φi,γi,ηi)，i＝1,…,i。

第三步，確認檢測。

確認檢測通過計算“極化狀態(tài)距離標(biāo)準(zhǔn)差”檢測特征量并與檢測門限進行比較，判定疑似目標(biāo)是否為極化雷達目標(biāo)。具體處理過程如下：

在(θ,φ,γ,η)四維空間的俯仰角θ軸和方位角φ軸上，以一定的角度間隔劃分方位-俯仰網(wǎng)格(該角度間隔根據(jù)角估計精度、系統(tǒng)可忍受計算量共同決定，如果角估計精度較高、可忍受計算量較大，則角度間隔可以取得更小)。

計算落入每個方位-俯仰網(wǎng)格內(nèi)的疑似目標(biāo)點數(shù)目，對數(shù)目大于或等于n的網(wǎng)格進一步進行如下的確認檢測處理：

設(shè)落入方位-俯仰網(wǎng)格(θj,φl)中的疑似目標(biāo)點集合為cj,l，計算集合cj,l中所有疑似目標(biāo)點在極化角η軸上的極化狀態(tài)距離標(biāo)準(zhǔn)差stdj,l，求取公式如下：

其中δηi＝ηi+1-ηi(i＝1,…,ij,l-1)，ηi為疑似目標(biāo)點極化角η的值，為集合cj,l中所有δηi的均值，ij,l為集合cj,l中疑似目標(biāo)點的數(shù)目。

stdj,l表征了在網(wǎng)格(θj,φl)中疑似目標(biāo)點極化狀態(tài)距離的起伏情況，即當(dāng)接收信號來自于雷達目標(biāo)回波時，極化角η具有接近于等間距變化的特點，對stdj,l而言，則表現(xiàn)為取值較小，而當(dāng)接收信號來自于多個緊鄰干擾或變極化干擾信號時，極化角η不具有等間距變化的特點，對stdj,l而言，則表現(xiàn)為取值較大。

因此，將stdj,l作為檢測統(tǒng)計量：當(dāng)stdj,l小于檢測門限lstd時，判為目標(biāo)；當(dāng)stdj,l超過檢測門限lstd時，判為干擾。

其中，檢測門限lstd的設(shè)置主要由極化雷達所關(guān)心目標(biāo)的極化散射矩陣特性、分集數(shù)目決定，隨目標(biāo)極化散射矩陣的兩個共極化分量之間相對差異增大而增大、隨交叉極化分量增大而增大。檢測門限lstd通過數(shù)值仿真得到：設(shè)目標(biāo)散射矩陣為根據(jù)關(guān)心目標(biāo)類型，設(shè)定目標(biāo)散射矩陣兩個共極化分量幅值比和交叉極化分量相對值的取值范圍，在給定發(fā)射極化分集數(shù)目n的情況下，在和的取值范圍中通過數(shù)值仿真計算極化狀態(tài)距離標(biāo)準(zhǔn)差stdj,l，找到stdj,l的最大值作為檢測門限lstd。

采用本發(fā)明進行仿真實驗，參數(shù)設(shè)置如下：極化雷達發(fā)射極化分集數(shù)目n＝4，相對相位分別取值為對應(yīng)的發(fā)射極化相位描述子分別為(45°,0°)，(45°,30°)，(45°,60°)，(45°,90°)；目標(biāo)散射矩陣的取值范圍為根據(jù)數(shù)值仿真可得檢測門限為lstd＝8.955；方位-俯仰網(wǎng)格的角度間隔均設(shè)為1度。

仿真中，共設(shè)置一個目標(biāo)、三個緊鄰干擾(干擾1、干擾2、干擾3)和一個變極化干擾(干擾4)，目標(biāo)和所有干擾的俯仰角均為0度，方位角和極化狀態(tài)分別為：目標(biāo)方位角40度；干擾1方位角為37.5度，極化狀態(tài)為(90°,30°)；干擾2方位角為38度，極化狀態(tài)為(45°,60°)；干擾3方位角為38.5度，極化狀態(tài)為(45°,30°)；干擾4方位角為42度，極化狀態(tài)為隨機變極化。所有干擾信號波形為相互獨立的噪聲壓制干擾，每個干擾信號的干信比(即單個噪聲壓制干擾源的功率與目標(biāo)回波功率的比值)均為30db。

圖2為利用本發(fā)明所提方法計算得到的目標(biāo)、主瓣多個緊鄰干擾、主瓣變極化干擾的“極化狀態(tài)距離標(biāo)準(zhǔn)差”檢測特征量與檢測門限對比圖。圖中，橫軸為蒙特卡洛仿真序號(總次數(shù)為1000)，縱軸為“極化狀態(tài)距離標(biāo)準(zhǔn)差”檢測特征量，圖中，“△”表示目標(biāo)、“+”表示緊鄰干擾、“*”表示變極化干擾、“-”表示判決門限。由圖2可以看出，目標(biāo)明顯位于判決門限(圖中所示縱坐標(biāo)為8.955的黑實線)以下，而緊鄰干擾、變極化干擾則位于判決門限以上，這表明該方法能夠較好地區(qū)分目標(biāo)與主瓣內(nèi)的緊鄰干擾、變極化干擾，且檢測門限設(shè)置較為合理。