双极化接收雷达的目标检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达探测技术领域，具体是涉及极化雷达的目标检测问题。
【背景技术】
[0002] 双极化接收雷达的目标检测方法，主要可以分为两类，第一类是有先验信息的情 况，即目标极化散射特性已知的情况，主要方法包括最优极化检测器等；第二类是无先验信 息的情况，即目标极化散射特性未知的情况，包括极化白化滤波器、极化恒虚警检测器等， 这些方法主要是通过对杂波信号极化协方差矩阵的估计来确定极化通道间的加权系数，以 对背景杂波的最大抑制为准则。
[0003] 对于第一类方法，实际中由于目标极化散射特性难以预知且动态起伏变化， 因此在应用中较有难度。第二类方法虽然可以通过对背景数据的极化估计，实现信杂 比（Signal-ClutterPowerRatio,信号杂波功率比，简称SCR)的优化，但其对目标检 测性能的改善受制于目标极化散射特性。此外，这两类方法都是立足于通过提高信噪比 (Signal-NoisePowerRatio,信号噪声功率比，简称SNR)或信杂比来改善目标检测性能， 而对检测方法本身的优化设计则涉及很少。
[0004] 本发明针对目标极化散射特性等先验信息未知的情况，提出了一种针对双极化接 收雷达的检测方法，通过低门限选择"疑似目标"，进而通过高门限"确认目标"，充分发挥了 双极化通道联合接收的优势，可以更为稳健地检测目标。这种针对双极化接收雷达的双门 限检测方法，还未见有文献报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提出一种针对双极化接收雷达的雷达目标检测方法。雷达采用正 交双极化接收通道同时接收信号，通过对两个通道接收信号先后进行低门限、高门限的检 测判决与处理，实现更为稳健的检测性能。
[0006] 本发明的技术方案具体包括以下四个步骤：
[0007] 第一步，双极化接收
[0008] 雷达采用正交双极化方式接收目标回波信号，不失一般性，设为H(Horizontal，水 平）极化方式、V(Vertical，垂直）极化方式，两种极化方式分别对应Η极化通道和V极化 通道。
[0009]Η极化通道、V极化通道的中频信号经过同步采样、数字正交化后，分别得到两个 复信号数据序列(η)、(n)，m为脉冲周期序号，η= 1，…，Ν，Ν为一个脉冲周期内的采 样点数。
[0010] 特别地，上述同步采样应使用同一时钟信号源为两个极化通道提供采样时钟信 号。
[0011] 第二步，匹配滤波
[0012] 依据下式计算Η极化通道、V极化通道的匹配滤波输出信号：
[0013] yH，m(n) =IFFT[[FFT[[xH，m(n)]] ·υ(ω)]]
[0014] yv，m(n) =IFFT[[FFT[[xv，m(n) [] ·υ(ω)]] 1
[0015]
[0016] 上式中，FFT□表示信号的傅里叶变换，IFFT□表示信号的傅里叶反变换；υ(ω) 为雷达匹配滤波参考波形的频谱，参考波形采用与雷达发射信号相同的波形；yHini(η)表示 Η极化通道第m个脉冲周期的匹配滤波输出信号，yVini (η)表示V极化通道第m个脉冲周期 的匹配滤波输出信号。
[0017] 第三步，低门限初检测
[0018] 本发明将检测过程分为两步，即低门限初检测、高门限确认检测，分别对应不同的 检测门限系数，即nL、nH。需说明的是，Hl、nH是以CA-CFAR(Cellaveraging-constant falsealarmrate，单元平均恒虚警率）检测器的检测门限系数ri为参考、以检测概率/ 虚警概率要求为约束，通过蒙特卡洛仿真实验来确定的，一般有η<riH。
[0019] 以第m个脉冲周期为例，对Η极化通道和V极化通道的匹配滤波输出信号逐个点 进行CFAR检测，检测门限系数采用ru，记录CFAR检测检出点（简称检出点）的位置。设Η极 化通道共有a个检出点，V通道有b个检出点，将它们的并集作为检出点集合{Pl，ρ2，…，ρκ}， 则Κ<a+b。
[0020] 其中，上述CFAR检测处理过程如下（如图2):设待检测点为yH,Jn)(不失一般性， 以Η极化通道为例），在其两侧各取N个采样点作为"保护单元"，在"保护单元"外各取M/2 个点（共计Μ个点）作为参考单元，Μ-般根据采样率、距离分辨率等参数确定，对该Μ个点 的信号幅度取均值（记为Ζ)并乘以检测门限系数ru后得到检测门限值Vτ，即VT=Ζ·ru， 利用^进行检测：
[0021]
[0022]
[0023] 第四步，高门限确认检测
[0024] 进一步进行高门限确认检测。对检出点集合{Pl，p2，…，ρκ}中每一个位置点pk(k =1，2,…，K)对应的Η通道、V通道信号值，按下述三种情形进行处理：
[0025] 1)如果Η通道或V通道信号值的幅度超过高门限Ζ·riH，则确认该位置检出信号。
[0026]2)如果Η通道和V通道信号值的幅度均低于高门限Ζ·τιH，并且均超过低门限 Z·ru，则确认该位置检出信号。
[0027]3)如果Η通道和V通道信号值的幅度均低于高门限Ζ·τιH，并且有一个通道信号 值的幅度超过低门限Z·ru，则对两通道信号值进行相位分集加权叠加并取最大值Sni(pk)， 若sjpd的幅度超过高门限Ζ·riH，则确认该位置检出信号，否则判为未检出。
[0028]其中，相位分集加权叠加并取最大值的过程描述如下：以相位集e[0,2π]， i= 1，2,…I，采用均匀分集方式，相位间隔越小越有利，具体需根据雷达信号处理运算及 存储能力来确定分集数I)中的相位夢?作为V极化通道信号值的附加相位，对Η通道、V通 道信号值进行加权相加。设加权相加后信号最大值为Sni(pk)，其计算方法如下式所示：
[0030] 本发明的技术效果：
[0031] -、检测性能稳健。本发明所提方法同时利用了正交双极化接收通道的信号，有效 地消除了雷达目标极化散射特性未知以及动态起伏给检测带来的不利影响，对各类极化散 射特性的目标均具有稳定的检测性能。
[0032] 二、简单实用。本发明所提方法不需要目标极化散射特性等先验信息，也无需进行 复杂的极化估计运算，仅需要对两个极化通道信号先后进行"低门限初检测"和"高门限确 认检测"，即可充分发挥双极化接收对雷达目标检测带来的潜力，因此本方法计算量少、简 单实用。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明所提方法的信号检测处理流程示意图；
[0034] 图2为本发明所提方法中高门限确认检测处理的流程图；
[0035] 图3为利用本发明所提出的检测方法与常规CFAR检测性能对比。
【具体实施方式】
[0036] 以下结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0037] 图1为本发明所提方法的信号处理流程示意图。主要包括下述步骤：1)利用同一 时钟信号源提供的同步采样时钟对H、V两个极化通道的中频信号进行同步采样、数字正交 化，形成两路复信号数据序列；2)对两路复信号数据序列分别进行匹配滤