无辅助数据的距离扩展目标极化自适应检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于目标检测技术领域，特别涉及一种距离扩展目标检测方法，可用于宽 带雷达体制下的目标检测。
【背景技术】
[0002] 通常宽带雷达目标的长度要大于宽带雷达的距离分辨单元尺寸，因此宽带雷达检 测的目标不再呈现为点目标。宽带雷达下的目标通常被称为分布式目标或者距离扩展目 标。由于雷达目标的材料、结构等因素的影响，目标各个部分对电磁波的散射强度不一样， 所以距离扩展目标的回波往往比点目标回波携带着更加详细丰富的目标信息，充分利用这 些回波可以很好地提高对目标的检测能力。宽带雷达通过同极化HH，HV通道和交叉极化 VH，VV通道接收到的雷达极化回波携带着目标更多的特征信息，而且每个极化通道有不同 的统计特性：不同的平均功率、不同的尖峰和不同的谱特性。因此同时利用这些极化回波数 据能够更近一步地提高检测器对距离扩展目标的检测性能。
[0003] 传统的距离扩展目标自适应检测采用的是两步法，其主要思想：第一步假设杂波 的协方差矩阵是已知的，采用广义似然比检验、Rao检验或者Wald检验等得到非自适应目 标检测器；第二步是利用在雷达目标回波周围得到的纯杂波作为辅助数据单元，通过估计 协方差矩阵算法得到杂波的协方差矩阵，并将该协方差矩阵代入上一步得到的检测器中得 到自适应检测器。为了得到好的目标检测效果，用这种方法得到的自适应检测器都需要利 用足够的辅助数据去估计杂波的协方差矩阵，而且要求辅助数据与主数据独立同分布。然 而由于在实际应用中很难获得大量的辅助数据，因此通过估计算法得到的杂波的协方差矩 阵与实际的杂波协方差矩阵相差甚大，继而造成了使用两步法的检测器的检测性能出现严 重损失。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服已有技术的不足，提出一种无辅助数据的距离扩展目标极 化自适应检测方法，以提高在无辅助数据情况下的目标检测性能。
[0005] 为实现上述技术目的，本发明的技术方案包括如下步骤：
[0006] (1)利用二元假设描述雷达目标检测问题；
[0007]
[0008] 其中，H。表示无雷达目标存在；1^表示有雷达目标存在；z为待检测信号，表示为 z ，zMH表示相同水平极化HH通道第k个距离单元的回波数据，表示为 Zk,m=[zk,HH(0)，. . .，zk,HH(N-l)]T，zMV表示交叉极化HV通道第k个距离单元的回波数据， 表示为zk,HV=[zMv(0),. . .，zMV(N-l)]T，zk,vv表示相同垂直极化VV通道第k个距离单元 的回波数据，表示为zkiVV=[zkiVV(0)，. . .，zMV (N-l)]T，N表示雷达发射脉冲数;M表示雷达 目标分布的距离单元数；ck为杂波信号；S为已知的3NX3维导向矢量
[0009]
[0010] 其中P'为各个极化通道的导向矢量，表示为p' = [l，，...，e]2"fd((R1)) r的范围为1彡r彡N，心为目标的归一化多普勒频率；复矢量
为未知的确定参数，反映目标和通道的极化特性，aMH表示相同水 平极化HH通道的参数，aMV表示交叉极化HV通道的参数，aMV表示相同垂直极化VV通 道的参数；（〇T表示转置操作。
[0011] (2)根据自回归AR模型构建各个极化通道的杂波信号为：
[0012]
[0013] 其中：F为已知的自回归AR模型的阶数，A= [A(1)，...，A(B)，...，A(F)]表示未 知的自回归AR系数矩阵，B的范围为KB<F，ekil是i极化通道第k个距离单元的均 值为零、方差为^的复白高斯噪声，#表示为k,⑴表示i极化通道第k个 距离单元第t个脉冲的杂波数据；
[0014] (3)利用Wald检验方法，得到无辅助数据的距离扩展目标极化自适应检测器。
[0015] (4)利用蒙特卡洛实验确定检测器的检测门限Y:
[0016] (5)将雷达回波数据带入到检测器中得到检测统计量G，比较检测统计量G与检测 门限y的大小，如果G多y，则判定目标存在；反之，则判定目标不存在。
[0017] 本发明的有益效果为：
[0018]1)本发明由于采用了多个极化通道的雷达回波数据，有效地提高了检测器的检测 性能；
[0019] 2)本发明采用Wald检验，只需要用最大似然估计估计有目标假设下的未知参数， 减少了计算复杂度；
[0020] 3)本发明利用自回归AR模型表示雷达杂波，使得在无辅助数据的情况下，检测器 具有良好的检测效果。
【附图说明】
[0021 ] 图1为本发明的实现流程图；
[0022] 图2为使用最小预测误差定阶准则FPE对雷达实测数据中第16个距离单元的数 据确定自回归AR模型的阶数；
[0023] 图3为在确定的自回归AR模型阶数下，采用现有非参数估计Welch方法和自回归 AR模型估计的雷达实测数据功率谱曲线；
[0024] 图4为在多种不同的雷达目标模型下，采用本发明和在目标模型Ml下利用现有检 测方法得出的信杂比与雷达目标检测概率的关系曲线图；
[0025]图5为在不同自回归AR模型阶数下，采用本发明得出的信杂比与雷达目标检测概 率的关系曲线图；
[0026] 图6为在不同纹理分量形状参数下，采用本发明得出的信杂比与雷达目标检测概 率的关系曲线图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明作进一步说明：
[0028]参照图1，本发明的实现步骤如下：
[0029] 步骤1，采用二元假设描述雷达目标检测问题。
[0030] 由于雷达目标可能存在或不存在，故可利用二元假设描述雷达目标检测问题：
[0031]
[0032] 其中，H。表示无雷达目标存在；1^表示有雷达目标存在；z为待检测信号，表示为 z= [Z[册，<抓,Z[rr ]T，zMH表示相同水平极化HH通道第k个距离单元的回波数据，表示为 Zk,m=[zk,HH(0)，. . .，zk,HH(N-l)]T，zMV表示交叉极化HV通道第k个距离单元的回波数据， 表示为zk,HV=[zMv(0),. . .，zMV(N-l)]T，zk,vv表示相同垂直极化VV通道第k个距离单元 的回波数据，表示为zkiVV=[zkiVV (0)，. . .，zMV (N-l) ]T，N表示雷达发射脉冲数;M表示雷达 目标分布的距离单元数；ck为杂波信号，表示为;s为已知的3NX3维 导向矢量，
[0033]
[0034] 其中p'为各个极化通道的导向矢量，表示为p' =[l，，...，e]2"fd(ai)) ，...，e]2"fd(N1)]T，L的范围为1彡L彡N，心为目标的归一化多普勒频率；复矢量 % = f为未知的确定参数，反映目标和通道的极化特性，akHH表示相同水 平极化HH通道的参数，aMV表示交叉极化HV通道的参数，aMV表示相同垂直极化VV通 道的参数；（〇T表示转置操作。
[0035] 步骤2,根据自回归AR模型构建各个极化通道的杂波信号。
[0036] (2. 1)设置各极化通道的杂波数据向量cMH，cMJPck,vv，其中：
[0037]cMH表示相同水平极化通道HH的第k个距离单元的杂波数据，
[0038]cMV表示交叉极化通道HV的第k个距离单元的杂波数据，
[0039]ctvv表示相同垂直极化通道的VV第k个距离单元的杂波数据；
[0040] (2. 2)假设上述杂波数据向量cMH、cMV、ck,vv，k= 1，…，M服从复合高斯分布，使 用球不变向量模型将上述各极化通道杂波数据表示为：
[0041]
<2>
[0042] 其中：
[0043] tkl为i极化通道第k个距离单元杂波的纹理分量，具有极化域和空间域的相关 性；
[0044]ntl表示i极化通道第k个距离单元的杂波的散斑分量，是均值为零和协方差矩阵 为R的复高斯向量，并且在每个距离单元之间相互统计独立，其在空间域无相关性，但在极 化域具有相关性；
[0045](2. 3)使用自回归AR模型构建上述散斑分量nk,i:
[0046]
<3>
[0047] 其中：F为已知的自回归AR模型的阶数;A= [A(1)，...，A(B)，...，A(F)]表示未 知的自回归AR模型的系数矩阵，B的范围为1彡B彡F;e^表示i极化通道第k个距离 单元是均值为零、方差为〇 2的复白高斯噪声；t表示第t个时域脉冲；
[0048] (2. 4)根据式〈2>和式〈3>得到利用自回归AR模型构建的各个极化通道的杂波信 号：
[0049]
* <43>
[0050] 其中：e是i极化通道第k个距离单元的均值为零、方差为咬的复白高斯噪 声，A, =%/r2:;ckl⑴表示i极化通道第k个距离单元第t个脉冲的杂波数据。
[0051] 步骤3,利用Wald检验方法，得到无辅助数据的距离扩展目标极化自适应检测器。
[0052] (3. 1)在有目标存在的情况下，根据式〈1>和式〈4>得到检测信号zk的联合概率 密度函数为：
[0053]
[0054]其中，（*)?表示共辄转置；q= [WT，