一种获取雷达距离门对不准损耗的方法

专利名称：一种获取雷达距离门对不准损耗的方法
技术领域：
本发明涉及雷达性能评估领域，具体涉及获取雷达距离门对不准损耗的 方法。
背景技术：
雷达性能估计都是从理想化模型和理论开始的，然后通过损耗因子来描 述实际系统与理想系统的差异。该过程具有建立理论性能上限的优点，可列 出妨碍达到理想性能的各种因素，可对潜在改进措施在操作可行性和成本方 面进行评估。
雷达各种损耗分量可根据它们进入雷达系统的地点及其在雷达方程中出 现的位置进行归纳和分类。距离门对不准损耗属于信号处理机损耗，并且是 一种统计损耗，即与系统发现概率相关。通常信号处理机设计成对特定的角 度、距离和多普勒检测单元内的目标信号做出响应，当目标信号不在这些检 测单元之一的中心时，其能量将在两个单元之间分离，从而使得这两个单元 都没有满幅度输出。这两个单元的联合发现概率无法达到处于一个单元中心 位置的信号的发现概率，此时为保持系统所要求的一个单元中心位置的信号 的发现概率，信号能量所对应的增加量定义为对不准损耗。
用距离门作为检测单元时，距离门对不准损耗是指相对于落在距离门中 心的信号，随机地落入距离门任意点处时达到要求的检测性能所需增加的能 量。为了减小距离门对不准损耗，可以进行距离门插值处理，也就是使两个 相邻距离门的间隔小于一个距离门的宽度。因此， 一般意义上，距离门对不 准损耗是距离门宽度、距离门间隔及系统要求的检测性能的函数。距离门对 不准损耗的计算需要获得在相邻两个或多个距离门中信号的联合发现概率， 此联合发现概率和信号强度之间是非线性关系。
D.K. Barton首先指出不应该根据平均信噪比的减小来定义距离门对不 准损耗，而是应该根据保持所规定的检测性能所要求的输入信号能量的增加 来定义距离门对不准损耗。针对Swe^"g 0型目标，Barton还针对两个相邻 距离门情形且忽略相邻交叠距离门中噪声的相关性，给出了若干不同发现概 率时距离门对不准损耗与距离门间隔的关系曲线(参见文献D.K. Barton, Modern Radar System Analysis, Artech House, 1988, pp.269)。 AJ. Cann贝!j基于 一个近似公式，也就是考虑两个交叠的矩形距离门噪声的相关性，给出距离
门对不准损耗结果(参见文献A丄Cann, Range gate straddling loss and joint probability with partial correlation, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, AES-38, July 2002, pp.l054-1058)。实际上，为减小距离门 对不准损耗，当进行距离门插值处理时，两相邻的距离门会有交叠。典型地， 如Cann所述，当两相邻距离门有50%交叠时，目标一般可出现在相邻四个 交叠距离门内，Cann尽管意识到此点，但所依据的相邻四个交叠距离门联合 发现概率的近似公式无理论依据，计算结果难以信服。目前的方法都是通过 忽略两个或多个距离门的相关性或采用未经验证的计算方法而获得在两个或 多个交叠距离门中的目标信号联合发现概率，导致距离门对不准损耗估计结 果不可信。

发明内容
为了解决目前的方法都是通过忽略两个或多个距离门的相关性或采用未 经验证的计算方法而获得在两个或多个交叠距离门中的目标信号联合发现概 率，导致距离门对不准损耗估计结果不可信的问题，现提出一种获取雷达距 离门对不准损耗的方法。
本发明所述的方法是针对两个交叠矩形距离门上的Swerling 0型目标，
其具体步骤为
第一步根据雷达系统检测性能要求的虚警概率和发现概率&获得归 一化目标检测门限77以及目标信号落在此距离门中心时所要求的信噪比.
SNRr；
第二步根据雷达信号处理机要求的矩形距离门宽度r和相邻距离门间 隔Ar e
得到距离门交叠率c = 1 - Ar/r ，此距离门交叠率c也是两个矩形距 离门目标信号的相关系数；
第三步根据距离门交叠率c构造两个归一化矩形距离门的噪声模型和目 标信号模型；
第四步根据归一化目标检测门限eta以及构造的两个归一化矩形距离门 的噪声模型和目标信号模型，通过包络检波利用随机变量的函数变换得到距 离门交叠率为c的两个矩形距离门的联合发现概率/^的表达式；
第五步给定信噪比<formula>formula see original document page 4</formula>，其中A为目标信号的幅度， C7为噪声的均方差，将"到"+ (l-c)/2的距离分成M份，M为大于等于20的
整数，则目标信号偏离距离门中心"的偏移量s-(l-c)附/(2M)，其中 m = 0， 1，2,.,M ，针对每个w取值及得到的两个交叠率为c的归一化矩形距离 门的目标信号模型获得不同偏移量时目标信号在两个交叠率为c的矩形距离 门中的联合发现概率/^，将得到的M + l个联合发现概率/^取平均得到平均
第六步若平均概率^;-A，则通过改变第五步中给定的信噪比SiV/ 的
值，重复第五步直到^;=^，当^-^时给定的信噪比sw 的值sM 。与第一
步中所得的信噪比SiW ,之差即为距离门对不准损耗。
本发明的优点是本发明所述的方法充分考虑了两个或多个距离门的相
关性，并采用现有的经过验证的计算方法获得在两个或多个交叠距离门中的 目标信号联合发现概率，从而得到更准确的距离门对不准损耗。


图1是接收到的信号在相关系数为c的距离门中的噪声模型示意图，其 中横坐标表示距离门，纵坐标表示噪声信号幅度的归一化值；图2是相关系 数为c的距离门中的目标信号模型示意图，其中横坐标表示距离门，纵坐标 表示噪声信号幅度的归一化值；图3采用本发明方法当^-0.9和A =0.5时得 到的距离门对不准损耗，横坐标表示相关系数c的值，纵坐标表示距离门对 不准损耗(单位"勾，其中"+ "表示^=0.9时得到的距离门对不准损耗， "表示A =0.5时得到的距离门对不准损耗。
具体实施例方式
具体实施方式
一结合图l、图2和图3具体说明本实施方式。 本实施方式所述的方法是针对两个交叠矩形距离门上的5Ww/z'"g 0型目
标(信号幅度为^)，其具体步骤为
第一步根据雷达系统检测性能要求的虚警概率,。和发现概率^获得归
一化目标检测门限/ 以及目标信号落在此距离门中心时所要求的信噪比
證，；
第二步根据雷达信号处理机要求的矩形距离门宽度T和相邻距离门间
隔Ar e
得到距离门交叠率c = 1 - Ar/r ，此距离门交叠率c也是两个矩形距 离门目标信号的相关系数；
第三步根据距离门交叠率c构造两个归一化矩形距离门的噪声模型和目 标信号模型；
第四步根据归一化目标检测门限7以及构造的两个归一化矩形距离门 的噪声模型和目标信号模型，通过包络检波利用随机变量的函数变换得到距 离门交叠率为C的两个矩形距离门的联合发现概率5,的表达式；
第五步给定信噪比SA^:if"4")》^V^，其中」为目标信号的幅度，
C7为噪声的均方差，将《到"+ (1-c)/2的距离分成M份，M为大于等于20的
整数，则目标信号偏离距离门中心《的偏移量￡ = (1-。加/(2^)，其中
m - 0,1,2,".,，M ,针对每个m取值及得到的两个交叠率为cr的归一化矩形距离
门的目标信号模型获得不同偏移量时目标信号在两个交叠率为c的矩形距离 门中的联合发现概率，将得到的M +1个联合发现概率gy取平均得到平均
第六步若平均概率5-A，则通过改变第五步中给定的信噪比SA7 的 值，重复第五步直到^;-A，当^-Pj寸给定的信噪比SW 的值57W 。与第一 步中所得的信噪比之差即为距离门对不准损耗。
第二步中当所述矩形距离门宽度r和相邻距离门间隔Ar相等时，第四步
中所得的距离门交叠率为e的两个矩形距离门的联合发现概率/^为两个相
邻但不交叠的矩形距离门联合发现概率。
第一步中，若距离门中的噪声为高斯噪声，目标信号为正弦信号，则虚 警概率i^。与归 一化目标检测门限/;之间存在如下关系
根据虚警概率P力可得到归一化目标检测门限;7。 由于目标信号落在距离门中心时的发现概率
其中D为信号噪声幅度比，/。(.)为零阶修正贝塞尔函数，r为被积变量，
根据雷达系统检测性能要求的虚警概率尸/。和单个距离门的发现概率^通过
上式能够得到信号噪声幅度比D，则目标信号落在此距离门中心时所要求的 信噪比SiV/ ^D2/2。
第三步中根据距离门交叠率c构造的如图1所示的两个归一化矩形距离
门的噪声模型为:<formula>formula see original document page 7</formula>
其中<formula>formula see original document page 7</formula>表示只落入距离门w中的噪 声，<formula>formula see original document page 7</formula>表示只落入距离门"+ l-c中的噪声，；K iV(0，2co"2) 为同时落入距离门"和距离门"+1 - c中的噪声，a2为噪声方差；
所述噪声的莱斯表示式为<formula>formula see original document page 7</formula>其 中
<formula>formula see original document page 7</formula>a々)A0),"2(0A(0 ~ W(0，2o"2)且相互统计独立<formula>formula see original document page 7</formula>且相互统计独立，w。表示载波频率。 根据距离门交叠率c构造的如图2所示的两个归一化矩形距离门的目标 信号模型为
距离门"中4=(l-k|)A距离门<formula>formula see original document page 7</formula>其中S为目标信号相对于距离门W的偏移量。
第四步中，根据构造的两个归一化矩形距离门的噪声模型和目标信号模
型，得到目标信号加噪声的莱斯表示式为
其中
<formula>formula see original document page 8</formula> 表示初始相位。<formula>formula see original document page 8</formula>
包络检波得到<formula>formula see original document page 8</formula>的包络为A = <formula>formula see original document page 8</formula>(0 ，相位为 柳)
& =arctan， ； (";(f)，《(f))的包络为4 "《")+《2(0 ，相位为
由随机变量的函数变换可得交叠率为c的两个矩形距离门中目标信号的 联合发现概率i^:
r
exp[——[r2 (D2 -) cos ]<i ^2/^*2 (l一c )
V^o" V^o" V^ct V^j
& = Vc2《+2r2c(D1 —cA)cos^十(A -cZ)2)2 ;。、。和A,均为被积变量。
通过第五步根据给定的信噪比获得平均发现概率^ 。 最后通过第六步获得距离门对不准损耗。
图3给出了当M = 100 ， & = 0.9和& = 0.5时采用本实施方式得到的距离 门对不准损耗的示意图，从图中看出两距离门对不准损耗可以精确的得到。
本实施方式还可以推广到多个交叠距离门及目标起伏情形，基本原理也 适用于计算角度对不准损耗、多普勒频率对不准损耗，本实施方式所述的方 法应用于雷达性能评估领域。
权利要求
1、一种获取雷达距离门对不准损耗的方法，其特征在于针对两个交叠矩形距离门上的Swerling O型目标，其具体步骤为第一步根据雷达系统检测性能要求的虚警概率Pfa和发现概率Pd获得归一化目标检测门限η以及目标信号落在此距离门中心时所要求的信噪比SNRr；第二步根据雷达信号处理机要求的矩形距离门宽度τ和相邻距离门间隔Δτ∈
得到距离门交叠率c＝1-Δτ/τ，此距离门交叠率c也是两个矩形距离门目标信号的相关系数；第三步根据距离门交叠率c构造两个归一化矩形距离门的噪声模型和目标信号模型；第四步根据归一化目标检测门限η以及构造的两个归一化矩形距离门的噪声模型和目标信号模型，通过包络检波利用随机变量的函数变换得到距离门交叠率为c的两个矩形距离门的联合发现概率Pjd的表达式；第五步给定信噪比其中A为目标信号的幅度，σ为噪声的均方差，将n到n+(1-c)/2的距离分成M份，M为大于等于20的整数，则目标信号偏离距离门中心n的偏移量ε＝(1-c)m/(2M)，其中m＝0，1，2，…，M，针对每个m取值及得到的两个交叠率为c的归一化矩形距离门的目标信号模型获得不同偏移量时目标信号在两个交叠率为c的矩形距离门中的联合发现概率Pjd，将得到的M+1个联合发现概率Pjd取平均得到平均概率第六步若平均概率则通过改变第五步中给定的信噪比SNR的值，重复第五步直到当时给定的信噪比SNR的值SNRa与第一步中所得的信噪比SNRr之差即为距离门对不准损耗。
2、根据权利要求1所述的一种获取雷达距离门对不准损耗的方法，其特征在于第二步中当所述矩形距离门宽度2"和相邻距离门间隔Ar相等时，第四 步中所得的距离门交叠率为c的两个矩形距离门的联合发现概率/^为两个相 邻但不交叠的矩形距离门联合发现概率。
全文摘要
一种获取雷达距离门对不准损耗的方法，涉及雷达性能评估领域。它解决了目前的方法都忽略了交叠的距离门的相关性或采用了未经验证的计算方法，导致得到的距离门对不准损耗不可信的问题。针对两个交叠矩形距离门上的Swerling 0型目标，它的步骤为根据系统所要求的虚警概率和发现概率P_d，获得归一化检测门限η及目标落在距离门中心时信噪比SNR_r；根据距离门宽度及其间隔，得出两距离门交叠率c和目标偏移量范围；推导两交叠矩形距离门中目标信号的联合发现概率P_jd；给定信噪比，计算多个不同目标偏移量时的两距离门联合发现概率P_jd，取其平均值P_jd；逐步增大给定的信噪比，直到P_jd＝P_d，这时所对应的信噪比与SNR_r之差即为距离门对不准损耗。本发明应用于雷达性能评估领域。
文档编号G01S7/00GK101382592SQ200810137369
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月22日 优先权日2008年10月22日
发明者罗银萍, 谢俊好 申请人:哈尔滨工业大学