局部均匀杂波协方差矩阵自适应估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明隶属于雷达信号处理领域，具体涉及一种局部均匀杂波协方差矩阵自适应 估计方法。
【背景技术】
[0002] 估计未知干扰杂波的统计特性是雷达目标自动检测中需要解决的重要问题。对于 经典的一维回波信号来说，需保证检测器对背景杂波功率水平的自适应性，即只需要对杂 波功率水平进行估计。而当雷达采用多个相干脉冲或多阵元的多维信号形式时，目标自适 应检测不仅需要考虑杂波功率水平，还需要考虑多维信号不同元素之间的相关性，即要准 确估计杂波协方差矩阵。实际应用中常常利用与被检测单元邻近的纯杂波参考数据，对未 知杂波协方差矩阵进行估计。对低分辨率雷达场景，杂波分布满足中心极限定理，不同距离 单元杂波统计特性可用均匀高斯分布进行建模。但随着杂波环境的复杂化、雷达分辨率的 提高或在低掠地角条件下，背景杂波呈现出较强的非均匀、非高斯特性，一般可采用复合高 斯分布进行描述和建模。根据中心极限定理的局部有效性，复合高斯分布可表示为时空慢 变的非负纹理分量与时空快变的复高斯散斑分量之乘积。其中，纹理分量体现受照块的反 射率，用于描述不同距离单元杂波功率水平的起伏；而散斑分量用于描述杂波多维回波信 号内部的相关性，其协方差矩阵估计问题是目标自适应检测的关键环节。
[0003] 现有研宄表明，均匀高斯杂波协方差矩阵的最大似然估计可表示为采样协方差矩 阵形式，而非均匀复合高斯协方差矩阵的最大似然估计没有闭型表达式，且涉及到超越方 程的求解，是雷达信号处理领域的难点问题之一。目前大部分复合高斯模型重点强调不同 距离单元间杂波功率水平的起伏特性，假定不同距离单元纹理分量是独立的随机量，未充 分考虑杂波的局部均匀特性。均匀分组杂波模型以相邻距离单元间杂波功率水平完全相关 或独立为前提，对距离单元进行等间隔分组，并假设组内杂波具有相同的功率水平，在一定 程度上提高了杂波数据利用率。值得注意的是，均匀分组杂波模型以杂波功率水平等间隔 均匀为基础，但在实际环境中杂波均匀性往往以不确定形式出现，等间隔条件难以满足。另 外，现有基于均匀分组的杂波协方差矩阵估计方法均假定分组大小已知，而当分组大小未 知时，协方差矩阵估计精度下降，且相应自适应检测器的恒虚警率特性不复存在。
[0004] 针对实际环境中杂波均匀性的变化特点和分组大小未知的情况，如何准确判断杂 波均匀程度并精确估计分组大小，充分融合杂波局部均匀性信息，设计合适的杂波协方差 矩阵估计方法，进一步提高杂波数据利用率，是改善复杂非均匀环境下目标自适应检测性 能的关键，也是目前急需解决的难题。
【发明内容】
[0005] 1?要解决的技术问题
[0006] 在复杂非均匀杂波环境下，等间隔均匀条件难以满足、杂波分组大小信息未知等 因素，导致现有杂波协方差矩阵估计方法估计精度下降，相应自适应检测器的恒虚警率特 性遭到破坏；为了克服这一问题，本发明设计杂波非均匀分组模型对局部均匀杂波进行建 模，通过数据一致性指标判断杂波均匀程度并估计杂波组大小，提出局部均匀杂波协方差 矩阵自适应估计方法，提高杂波数据利用率，充分融合杂波局部均匀性信息，提升估计方法 的环境自适应性。
[0007] 2?技术方案
[0008] 本发明所述局部均匀杂波协方差矩阵自适应估计方法包括以下技术措施：
[0009] 步骤1获取参考数据，粗略估计不同参考距离单元杂波功率水平
[0010] 以待检测距离单元为中心，在其前后分别连续取一定数量距离单元杂波回波观测 数据，构成R个NX1维的参考数据向量（xm,m= 1，2,…，R)，其中，N表示雷达接收阵元数 与相干脉冲数的乘积；
[0011] 粗略估计所有R个参考距离单元的杂波功率水平（L，m= 1，2,…，R)，即
【主权项】
1. 局部均匀杂波协方差矩阵自适应估计方法，其特征在于包括w下步骤： 步骤1获取参考数据，粗略估计不同参考距离单元杂波功率水平； 步骤2依据参考距离单元杂波功率水平估计值，采用数据一致性指标，进行参考数据 均匀性判决，并估计杂波组大小和位置； 步骤3根据杂波分组后的局部均匀参考数据，进行杂波协方差矩阵结构的自适应估 计，为自适应目标检测器设计提供依据。
2. 根据权利要求1所述的局部均匀杂波协方差矩阵自适应估计方法，其特征在于，所 述步骤1具体为： W待检测距离单元为中屯、，在其前后分别连续取一定数量距离单元杂波回波观测数 据，构成R个NX1维的参考数据向量（Xm，m= 1，2,…，时，其中，N表示雷达接收阵元数与 相干脉冲数的乘积；粗略估计所有R个参考距离单元的杂波功率水平= 1，2,…，K)， 即 =x；X/w。
3. 根据权利要求1所述的局部均匀杂波协方差矩阵自适应估计方法，其特征在于，所 述步骤2具体为： (1) 根据雷达距离分辨率和面临的杂波环境确定最小杂波组大小M。，WM。为滑窗长度， 构建起止位置分别为k+1和k+M。的取样滑窗，设置初始值为k= 1 ; (2) 根据取样滑窗中的参考距离单元杂波功率水平估计值片"，m=A+l，2,…，;t+M。)， 计算样本均值知.，即
根据样本均值和样本方差计算滑窗内数据的均匀性指标hk，即， h =剧 口） (3) 根据滑窗内数据均匀性指标hk进行均匀性判决，若满足 hk<a (4) 则表明滑窗内数据是非均匀的，式（4)中a为非均匀判决口限，可根据实际情况设定， 一般需满足〇<a<1，并初步设定杂波组内非均匀起始位置rik为 n,=k+M〇 妨 否则，若式（4)不成立，则判定滑窗内数据是均匀的，设定nk=0,进一步令11。= 0; (4) 对非均匀起始位置的初步估计值rik进行确认，若 nk_nk_i>M〇 化） 则保持rik不变；否则，若式（6)不成立，则需根据数据均匀性指标hk和hk_i进行判决， 若 hk<hk-i (7) 则保持rvi不变并设置nk= 0,否则保持nk不变并设置nk_i= 0 ; (5) 将k值增加1，若k+M。^R，则重复执行步骤（2)至步骤（4)，否则执行步骤化）； (6) 将所有K个非零的rik值记为有效的杂波非均匀起始位置（Pt，t= 1，2,…，K)，并令 口。= 1且Pk+i=R+1，据此将R个参考数据向量（Xm，m= 1，2,…，时分为K+1组，第t组中包含 的gt个参考数据向量记为Xm，m=Pt，Pt+l，…，Pt+gt-1，其中，gt=Pt-Pt-i，t= 1，2,…，K+1。
4.根据权利要求1所述的局部均匀杂波协方差矩阵自适应估计方法，其特征在于，所 述步骤3具体为： 利用分组后的杂波数据计算各组的采样协方差矩阵，即
接着，形成杂波协方差矩阵估计，即
式（9)中，tr(〇表示取方阵的迹； 最后，将协方差矩阵估计值引入自适应检测器设计中，提高检测器对杂波环境适应性。
【专利摘要】本发明公开了一种局部均匀杂波协方差矩阵自适应估计方法，属于雷达信号处理领域。在复杂非均匀杂波环境下，等间隔均匀条件难以满足、杂波分组大小信息未知等因素，导致现有杂波协方差矩阵估计方法估计精度下降，相应自适应检测器的恒虚警率特性遭到破坏；为了克服这一问题，本发明设计杂波非均匀分组模型对杂波局部均匀性进行合理描述，通过数据一致性指标准确判断杂波均匀程度并精确估计不同杂波组大小，提出一种局部均匀杂波协方差矩阵自适应估计方法，充分融合杂波局部均匀性信息，提高了参考数据利用率，提升了估计方法的环境自适应性，能有效改善雷达在复杂非均匀环境下的恒虚警率特性，且计算量小，便于工程实现。
【IPC分类】G01S7-40
【公开号】CN104849705
【申请号】CN201510295098
【发明人】简涛, 何友, 董云龙, 关键, 宋杰, 李辉, 苗旭炳
【申请人】中国人民解放军海军航空工程学院
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年6月2日