基于低通信量量测的分布式雷达数据配准及融合检测方法

本发明属于雷达，特别涉及一种分布式雷达数据配准及融合检测方法，可用于通信带宽受限下的分布式雷达数据配准及目标检测。

背景技术：

1、随着科技迅猛发展，隐身材料制造、硬件集成等技术飞速崛起，使得雷达探测环境中的潜在目标回波信噪比大幅度降低。同时由于雷达、电磁技术的快速发展，使得当今雷达探测环境愈加复杂多变，传统的单雷达探测系统面临着回波信噪比弱、生存性能差、灵活性低的问题。为此，亟需研究更加有效的目标检测技术来保证雷达系统能及时发现目标。分布式雷达系统包含多个分布较远的局部雷达站以及一个数据融合中心。多个局部雷达站可以从不同视角、时刻观测目标，并将局部观测信息传输至融合中心从而完成融合判决。由于分布式雷达系统可以获得相较于单雷达站更高的空间分集增益、信噪比增益及几何增益，从而可实现更高的目标探测性能。不仅如此，多个分布较远的局部雷达站可提升系统的安全性以及灵活性。可见，分布式雷达探测系统不仅能极大程度上提高系统探测威力，还可提升系统的生存能力、系统自由度。

2、然而，分布式雷达系统目标检测面临以下两个挑战。首先，各局部雷达站直接将观测信息传输至融合中心处理要求极高的通信带宽，这给硬件资源有限的雷达系统造成了巨大的硬件负担。其次，各个局部雷达站从不同角度、时刻观测目标，且存在量测噪声，造成各局部雷达站的量测在时空维度失配，使得融合中心难以完成融合检测。因此，完成各局部雷达站量测的数据配准是进一步融合检测的重要前提。

3、针对分布式融合检测中通信负担大的问题，文献[j.lu,s.zhou,z.shao,andh.liu,“distributed detection with local least squares quantization,”in2019ieee international conference on signal and information and dataprocessing,2019.]研究了局部检验统计量的最小均方误差量化方法。在局部雷达站，其通过对局部检验统计量进行低比特最小均方误差量化，并仅传输量化后的检验统计量至融合中心，从而降低了系统通信负担；在融合中心，其采用奈曼皮尔逊准则对各局部雷达站量化的检验统计量进行融合并完成融合判决。

4、文献[shenghua zhou,yidi chen,hongwei liu,qinzhen hu,ding cao,andleilei xu.distributed detection with initial thresholds in local sensors.inieee radar conference,pages 244–248,johnesburge,south africa,march 2015.]研究了基于门限筛选统计量的分布式检测技术。在局部雷达站，其通过设置初始门限剔除了大多数虚警点，并仅向融合中心传输超过初始门限的统计量，从而有效降低系统通信负担；在融合中心，其采用奈曼皮尔逊准则对通过初始门限筛除的统计量进行融合判决。

5、上述检测方法由于均未考虑到各局部雷达站量测的失配问题，不能完成各局部雷达站的自适应数据配准及融合检测，难以在实际的分布式雷达系统中进行工程应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于低通信量量测的分布式雷达数据配准及融合检测方法，旨在降低系统通信负担的同时，完成各局部雷达站的自适应数据配准及融合检测，便于实际工程应用。

2、实现本发明目的的技术方案为：根据通信带宽的需求求解初始门限、量化门限、量化值，各局部雷达站根据这些值构建低通信量的量测点并传输至融合中心；融合中心根据接收到的局部雷达站的低通信量量测点完成自适应数据配准，并根据广义似然比检测器对低通信量的局部检验统计量进行融合，判定目标是否存在。具体步骤包括如下：

3、(1)对于包括一个融合中心和n个局部雷达站的分布式雷达系统，根据第n个雷达站的回波信号构建原始的局部检验统计量ln,ρ，其中ρ＝1,2,…,cn表示分辨单元索引，cn表示第n个雷达站的分辨单元个数，n＝1,2,…,n；

4、(2)根据系统通信带宽需求，设定第n个局部雷达站的初始数据通过率αn及量化区间数mn或量化比特数bn＝log2mn，结合原始的局部检验统计量的分布函数，设计初始门限γ1,n；

5、(3)根据给定的初始门限γ1,n及量化区间数mn，设计量化门限τn、量化值vn；

6、(4)构建低通信量的局部量测点并传输至融合中心：

7、(4a)根据初始门限γ1,n、量化门限τn、量化值vn及原始局部检验统计量ln,ρ，构建低通信量的局部检验统计量qn,ρ；

8、(4b)各局部雷达站将超过初始门限γ1,n对应分辨单元的距离、角度量测转换至全局直角坐标系下，得到经过坐标转换后的量测横坐标和量测纵坐标；

9、(4c)局部雷达站根据经过坐标转换后的量测横坐标和量测纵坐标，及量测点对应的低通信量的检验统计量构建低通信量的量测点集合并传输至融合中心；

10、(5)融合中心根据接收到的低通信量量测点构建检测窗：

11、(5a)将融合中心接收到的量测点用集合表示，根据第c个量测点构建目标可能存在的区域其中表示输入融合中心的量测点个数，上标i(c)表示该量测点来自第i(c)个雷达站；

12、(5b)对目标可能存在的区域进行离散化，得到离散点的集合

13、(5c)对任意离散点构建其数据配准后的检测窗其中

14、(5d)将所有检测窗用集合表示为：

15、

16、(6)融合中心根据检测窗构建全局检验统计量并判定目标是否存在：

17、(6a)对任意检测窗基于广义似然比准则构建全局检验统计量

18、(6b)根据给定的全局虚警概率pfa，离线建立检测窗字典检测门限字典γ以及随机化概率因子字典κ；

19、(6c)对任意检测窗根据全局检验统计量检测窗字典检测门限字典γ以及随机化概率因子字典κ判定目标是否存在：

20、(6c1)搜索检测窗对应在检测窗字典中的索引

21、(6c2)将全局检验统计量与检测门限进行比较，判定目标是否存在：

22、若大于检测门限则判定目标存在；

23、若小于检测门限则判定目标不存在；

24、若等于检测门限则执行步骤(6c3)；

25、(6c3)生成一个服从0至1的均匀分布随机数u，并与随机化概率因子进行比较：

26、若则判定目标存在；

27、否则，判定目标不存在。

28、本发明与现有技术相比，具有如下优点：

29、第一，本发明由于给出了局部雷达站数据的低通信量处理方法，即首先对局部检验统计量进行门限筛选，剔除绝大多数噪声点，再根据预设的量化门限以及量化值，对超过初始门限的统计量进行量化以进一步降低通信量，最终局部雷达站仅传输低通信量的量测点至融合中心，因而大幅度降低了分布式雷达系统通信负担，有利于工程中系统的硬件实现。

30、第二，本发明由于提出了基于低通信量的量测点的自适应数据配准算法，即通过量测点的位置信息、统计量信息自适应地构建检测窗，可使分布式雷达系统实现低通信量的自适应数据配准，为后续融合检测奠定基础，便于工程实现。

31、第三，本发明针对所述的各局部雷达站的低通信量量测以及数据配准方法，构造了基于广义似然比准则的检测器以及判决准则，可实现对分布式雷达系统各局部雷达站低通信量的量测点融合判决，利于工程实现。