雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法和系统与流程

文档序号:15682408发布日期:2018-10-16 20:42阅读:204来源:国知局

本发明实施例涉及雷达信号处理技术领域,更具体地,涉及一种雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法和系统。



背景技术:

雷达的高分辨特性能够获取探测对象的更多细节信息,充分利用这些信息可有效提高对目标的检测性能。随着雷达距离分辨力的提高,目标散射点分布跨越多个距离分辨单元。这类尺寸大于雷达距离分辨单元的目标,通常被称为距离扩展目标。

现有的在高斯杂波、白噪声背景下距离扩展目标检测方法主要从似然函数(likelihoodfunction)出发,利用广义似然比(generalizedlikelihoodratiotest,glrt)、rao检验或wald检验完成检测。但这些方法均要求能够得到待检单元的大量完整观测数据,部分方法还需要借助足够多与待检单元具有相同统计特性且不含目标回波的辅助数据,以完成对检测器参数的估计。然而,由于雷达所处电磁环境日趋复杂,往往难以得到满足要求的辅助数据。并且,在复杂电磁环境中,雷达易受同类设备、其他辐射源干扰,导致观测数据出现缺失。例如,压缩采样会导致时域数据缺失,阵元失效导致空域数据缺失,频带干扰导致频域数据缺失。这种接收数据在时、空、频的某个或某几个域出现数据缺失的现象统称为非完整观测。在非完整观测场景下,由于数据缺失,当前距离扩展目标检测方法均会出现不同程度甚至是大幅度的检测性能下降。



技术实现要素:

针对现有技术存在的问题,本发明实施例提供一种雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法和系统。

本发明实施例提供一种雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法,包括:基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵,建立二元假设检验模型;通过交替迭代方法,获取所述二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值,以及,所述二元假设检验模型的备选假设下的扰动协方差矩阵的第二估计值;基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则,根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标。

本发明实施例提供一种雷达非完整观测下的距离扩展目标检测系统,包括:包括:模型建立模块,用于基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵,建立二元假设检验模型;估计值获取模块,用于通过交替迭代方法,获取所述二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值,以及,所述二元假设检验模型的备选假设下的扰动协方差矩阵的第二估计值;检测模块,用于基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则,根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标。

本发明实施例提供一种雷达非完整观测下的距离扩展目标检测设备,包括:至少一个处理器;以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器,其中:所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令能够执行上述检测方法。

本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质,所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使所述计算机执行上述检测方法。

本发明实施例提供的雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法和系统,通过设置通过交替迭代方法,获取第一估计值以及第二估计值,使得检测方法无需辅助数据,进行参数估计时兼顾了似然函数最大化和杂波协方差矩阵的低秩特性,在非完整观测场景下能够得到相比于传统检测方法更高的参数估计精度,进而保证了更好的检测性能。本发明实施例提供的检测方法也可单独用于其他估计值获取场景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法实施例的流程图;

图2为本发明实施例中雷达非完整观测下进行仿真实验的检测性能图;

图3为本发明雷达非完整观测下的距离扩展目标检测系统实施例的模块图;

图4为本发明实施例中的雷达非完整观测下的距离扩展目标检测设备的框架示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

图1为本发明雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法实施例的流程图,如图1所示,包括:s101、基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵,建立二元假设检验模型;s102、通过交替迭代方法,获取所述二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值,以及,所述二元假设检验模型的备选假设下的扰动协方差矩阵的第二估计值;s103、基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则,根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标。

具体地,步骤s101是指,根据所有距离单元的接收数据获取接收数据矩阵,并对所有距离单元的接收数据矩阵进行分组,获取若干个分组后的接收数据子矩阵,并基于所述若干个分组后的接收数据子矩阵,建立二元假设检验模型。

进一步地,步骤s102是指,通过交替迭代方法,获取第一估计值,和第二估计值,其中,第一估计值是二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的估计值,第二估计值是二元假设检验模型的备选假设下的扰动协方差矩阵的估计值。

进一步地,步骤s103是指,将所述第一估计值和所述第二估计值代入所述二元假设检验模型的检测器的判决准则中,获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标。

本发明实施例提供的雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法,通过设置通过交替迭代方法,获取第一估计值以及第二估计值,使得检测方法无需辅助数据,进行参数估计时兼顾了似然函数最大化和杂波协方差矩阵的低秩特性,在非完整观测场景下能够得到相比于传统检测方法更高的参数估计精度,进而保证了更好的检测性能。本发明实施例提供的检测方法也可单独用于其他估计值获取场景。

基于上述实施例,所述基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵,建立二元假设检验模型,具体包括:基于所述雷达的所有距离单元的接收数据,获取所有距离单元的接收数据矩阵;根据数据缺失位置类型,对所述所有距离单元的接收数据矩阵进行行列置换以对所述接收数据矩阵进行分组,获取若干个分组后的接收数据子矩阵;基于所述若干个分组后的接收数据子矩阵,建立二元假设检验模型,其中,所述二元假设检验模型中包括无距离扩展目标存在的原假设和有距离扩展目标存在的备选假设。

需要说明的是,本发明实施例中的若干个指代一个或者多个。

具体地,考虑如下场景:雷达有n个接收通道(接收通道可代表阵元、脉冲或二者联合,由具体应用场景而定),待检目标最多跨越k个距离分辨单元。对原始接收数据的数据缺失位置填充为0,并写为n×k维矩阵z,其中z的第k列代表第k个距离单元的接收数据。对第k个距离单元,当有目标存在时,接收数据可表示为

zk=nk+wk+αkp,k=1,2,...,k,;

其中,zk、nk、p均为n×1维列矢量,zk为填0处理后的接收数据,nk为已知功率为的接收机热噪声,wk为接收到的杂波信号,αk为目标回波复幅度,p为已知的目标导引矢量。将nk和wk合称为扰动项dk,即dk=nk+wk。假设不同距离单元的扰动项dk服从i.i.d的零均值复高斯分布,且均满足同一协方差矩阵m=e{(zk-αkp)(zk-αkp)h},其中(·)h表示矩阵共轭转置。则数据矩阵z可写为z=d+pαt,其中(·)t表示矩阵转置,

由于不同距离单元数据缺失位置可能相同,为减小后续算法运算时间,首先根据数据缺失位置类型将矩阵z分成g组子矩阵其中ng、kg分别表示第g个分组中所包含的有观测的接收通道、距离单元数目。该数据重排分组过程可通过对数据矩阵z进行行列置换完成。

通过上述过程,已获取了若干个分组后的接收数据子矩阵。

进一步地,基于所述若干个分组后的接收数据子矩阵,建立二元假设检验模型,其中,所述二元假设检验模型中包括无距离扩展目标存在的原假设和有距离扩展目标存在的备选假设。

其中,二元假设检验模型如下:

其中表示原假设(无目标存在),表示备择假设(有目标存在);矩阵为数据缺失位置决定的由0、1元素构成的矩阵。

基于上述实施例,所述基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则,根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标,之前还包括:分别获取所述二元假设检验模型中的原假设和备选假设下的似然函数,基于所述原假设下的似然函数以及所述备选假设下的似然函数,获取所述二元假设检验模型的检测器的判决准则。

需要说明的是,本实施例的步骤是介于所述基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则,根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标,以及,所述基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则,根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标之间。

具体地,得到假设下的似然函数的表达式分别为:

其中,

分别获取所述二元假设检验模型中的原假设和备选假设下的似然函数后,基于所述原假设下的似然函数以及所述备选假设下的似然函数,获取所述二元假设检验模型的检测器的判决准则,判决准则如下式所述:

其中,下m的估计值,为{α,m}在下的估计值,η为判决门限。

基于上述实施例,所述通过交替迭代方法,获取所述二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值,具体包括:将预定的杂波协方差矩阵迭代初始估计值代入目标复幅度矢量估计值解析式,获得目标复幅度矢量迭代初始估计值,并初始化迭代次数序号;将更新的杂波协方差矩阵迭代估计值代入所述目标复幅度矢量估计值解析式,获取更新后的目标复幅度矢量估计值,并根据梯度投影算法获取更新后的第一杂波协方差矩阵估计值;基于所述更新后的目标复幅度矢量估计值,以及所述更新后的第一杂波协方差矩阵估计值,获取更新后的目标函数的第一相对变化值,并判断所述第一相对变化值是否大于第一预设变化值门限;若所述第一相对变化值大于第一预设变化值门限,则将迭代次数加一,并将更新的第一杂波协方差矩阵迭代估计值代入所述目标复幅度矢量估计值解析式,获取更新后的目标复幅度矢量估计值;若所述第一相对变化值小于或者等于第一预设变化值门限,则根据所述更新后的第一杂波协方差矩阵估计值以及接收机热噪声功率,获取原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值。

具体地,将预定的杂波协方差矩阵迭代初始估计值代入目标复幅度矢量估计值解析式,获得目标复幅度矢量迭代初始估计值,并初始化迭代次数序号,具体包括:

将预定的杂波协方差矩阵迭代初始估计值代入目标复幅度矢量α估计值的解析式求得目标复幅度矢量迭代初始估计值α(0),并设置迭代次数序号为l=1。目标复幅度矢量α估计值的解析式如下:

其中,

进一步地,将更新的杂波协方差矩阵迭代估计值代入所述目标复幅度矢量α估计值解析式,获取更新后的目标复幅度矢量估计值α(l),并根据梯度投影算法获取更新后的第一杂波协方差矩阵估计值

进一步地,基于所述更新后的目标复幅度矢量估计值,以及所述更新后的第一杂波协方差矩阵估计值,获取更新后的目标函数的第一相对变化值,并判断所述第一相对变化值是否大于第一预设变化值门限。

更新后的目标函数为其对应的第一相对变化值为:

进一步地,若所述第一相对变化值大于第一预设变化值门限,则将迭代次数加一,并将更新的第一杂波协方差矩阵迭代估计值代入所述目标复幅度矢量估计值解析式,获取更新后的目标复幅度矢量估计值;若所述第一相对变化值小于或者等于第一预设变化值门限,则根据所述更新后的第一杂波协方差矩阵估计值以及接收机热噪声功率获取原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值。所述第一估计值为

基于上述实施例,所述根据梯度投影算法获取更新后的第一杂波协方差矩阵估计值,具体包括:根据所述若干个分组后的接收数据子矩阵、预设权重系数以及迭代步长,计算所述杂波协方差矩阵的梯度投影矩阵,并基于所述梯度投影矩阵获取更新后的第二杂波协方差矩阵估计值;基于所述更新后的第二杂波协方差矩阵估计值,获取更新后的目标函数的第二相对变化值,并判断所述第二相对变化值是否大于第二预设变化值门限;若所述第二相对变化值大于第二预设变化值门限,则将迭代次数加一,并根据所述若干个分组后的接收数据子矩阵、预设权重系数以及迭代步长,计算所述杂波协方差矩阵的梯度投影矩阵;若所述第二相对变化值小于或者等于第二预设变化值门限,则根据所述更新后的第二杂波协方差矩阵估计值以及接收机热噪声功率,获取所述更新后的第一杂波协方差矩阵估计值。

具体地,首先初始化迭代次数序号为i=1,根据所述若干个分组后的接收数据子矩阵、预设权重系数以及迭代步长,计算所述杂波协方差矩阵的梯度投影矩阵,并基于所述梯度投影矩阵获取更新后的第二杂波协方差矩阵估计值。

进一步地,基于所述更新后的第二杂波协方差矩阵估计值,获取更新后的目标函数的第二相对变化值,并判断所述第二相对变化值是否大于第二预设变化值门限。

更新后的第二杂波协方差矩阵估计值为:

其中,(||·||*为核范数,γ为权重系数),mw的梯度t(i-1)为迭代步长,表示将矩阵负特征值置0操作。

第二相对变化值为:

进一步地,若所述第二相对变化值大于第二预设变化值门限,则将迭代次数加一,并根据所述若干个分组后的接收数据子矩阵、预设权重系数以及迭代步长,计算所述杂波协方差矩阵的梯度投影矩阵;若所述第二相对变化值小于或者等于第二预设变化值门限,则根据所述更新后的第二杂波协方差矩阵估计值以及接收机热噪声功率获取所述更新后的第一杂波协方差矩阵估计值

基于上述实施例,所述第二估计值通过下述步骤获取:将预定的杂波协方差矩阵迭代初始估计值代入目标复幅度矢量估计值解析式,获得目标复幅度矢量迭代初始估计值,并初始化迭代次数序号;将更新的杂波协方差矩阵迭代估计值代入所述目标复幅度矢量估计值解析式,获取更新后的目标复幅度矢量估计值,并根据梯度投影算法获取更新后的第一杂波协方差矩阵估计值;基于所述更新后的目标复幅度矢量估计值,以及所述更新后的第一杂波协方差矩阵估计值,获取更新后的目标函数的第一相对变化值,并判断所述第一相对变化值是否大于第一预设变化值门限;若所述第一相对变化值大于第一预设变化值门限,则将迭代次数加一,并将更新的第一杂波协方差矩阵迭代估计值代入所述目标复幅度矢量估计值解析式,获取更新后的目标复幅度矢量估计值;若所述第一相对变化值小于或者等于第一预设变化值门限,则根据所述更新后的第一杂波协方差矩阵估计值以及接收机热噪声功率,获取备选假设下的扰动协方差矩阵的第二估计值。

需要说明的是,第二估计值的获取步骤与第一估计值获取的步骤是相同的,在这里不再赘述。

基于上述实施例,所述基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则,根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标,具体包括:将所述第一估计值、所述第二估计值以及所述更新后的目标复幅度矢量估计值代入所述二元假设检验模型的检测器的判决准则中,获取检验统计量;判断所述检验统计量是否大于预设的判决门限;若所述检验统计量大于所述预设的判决门限,则存在距离扩展目标;若所述检验统计量小于或者等于所述预设的判决门限,则不存在距离扩展目标。

图2为本发明实施例中雷达非完整观测下进行仿真实验的检测性能图,请参考图2,展示了应用所述目标检测方法的检测性能图。在本次仿真中,设定雷达接收通道n=20,待检距离单元数k=30,接收数据缺失位置服从均匀分布,杂噪比cnr=30db,虚警概率pfa=10-4,检测门限通过100/pfa次蒙特卡洛实验得到。由图形可以观察到,随着数据缺失率τ降低或者矩阵秩r减小,曲线都整体左移。说明数据缺失率降低、矩阵秩减小都会使得所提出方法的检测性能得到提高。例如,当τ=0.2,r由7减小为3时,达到80%检测概率对信杂噪比的要求降低2.9db。

基于上述实施例,图3为本发明雷达非完整观测下的距离扩展目标检测系统实施例的模块图,包括:模型建立模块301,用于基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵,建立二元假设检验模型;估计值获取模块302,用于通过交替迭代方法,获取所述二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值,以及,所述二元假设检验模型的备选假设下的扰动协方差矩阵的第二估计值;检测模块303,用于基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则,根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标。

本发明实施例的检测系统,可用于执行图1所示的雷达非完整观测下的距离扩展目标检测方法实施例的技术方案,其实现原理和技术效果类似,此处不再赘述。

基于上述实施例,图4为本发明实施例中的雷达非完整观测下的距离扩展目标检测设备的框架示意图。请参考图4,本发明实施例提供一种雷达非完整观测下的距离扩展目标检测设备,包括:处理器(processor)410、通信接口(communicationsinterface)420、存储器(memory)430和总线440,其中,处理器410,通信接口420,存储器430通过总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令,以执行如下方法,包括:基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵,建立二元假设检验模型;通过交替迭代方法,获取所述二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值,以及,所述二元假设检验模型的备选假设下的扰动协方差矩阵的第二估计值;基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则,根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标。

本发明实施例公开一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,当所述程序指令被计算机执行时,计算机能够执行上述各方法实施例所提供的扩容方法,例如包括:基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵,建立二元假设检验模型;通过交替迭代方法,获取所述二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值,以及,所述二元假设检验模型的备选假设下的扰动协方差矩阵的第二估计值;基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则,根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标。

基于上述实施例,本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质,所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的扩容方法,例如包括:基于所述雷达的所有距离单元的接收数据矩阵,建立二元假设检验模型;通过交替迭代方法,获取所述二元假设检验模型的原假设下的扰动协方差矩阵的第一估计值,以及,所述二元假设检验模型的备选假设下的扰动协方差矩阵的第二估计值;基于所述二元假设检验模型的检测器的判决准则,根据所述第一估计值和所述第二估计值获取检验统计量并基于所述检验统计量判断是否存在距离扩展目标。

本领域普通技术人员可以理解:实现上述设备实施例或方法实施例仅仅是示意性的,其中所述处理器和所述存储器可以是物理上分离的部件也可以不是物理上分离的,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如u盘、移动硬盘、rom/ram、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1