本發明專利技術公開了一種針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法，包括以下步驟：構建距離擴展目標雷達回波模型；將距離擴展目標的檢測問題表示成二元假設檢驗問題，基于距離擴展目標的雷達回波模型，對雷達回波模型進行線性近似；完成檢測器性能分析；利用函數的單調性，將檢測器性能優化建模為一個帶約束的優化問題；采取迭代算法求解所建立的優化問題，算法從一個初始點開始，每次迭代完成一次優化變量的更新，直至收斂。本發明專利技術能夠在保持虛警概率恒定的條件下，通過優化濾波器權系數，最大化目標的檢測概率，并且所設計的檢測器具有線性結構，便于實現。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于雷達，尤其涉及一種針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法。
技術介紹
1、近年來，電子信息技術的飛速發展帶動了雷達系統體制的革新。以成像雷達，多輸入多輸出(multiple-input?multiple-output,mimo)雷達，認知雷達(cognitive?radar,cr)為代表的新體制雷達極大地豐富了雷達的使用功能，擴展了雷達的應用領域。高精度，多任務和智能化是未來雷達系統的發展趨勢。對于傳統的低分辨率雷達而言，雷達距離分辨單元大于目標尺寸，目標的雷達回波只占據雷達的一個距離分辨單元，因此在信號處理時通常視為一個“點目標”進行處理。隨著成像雷達等高距離分辨率雷達的廣泛使用，雷達的距離分辨單元逐漸小于目標的物理尺寸，目標的雷達回波占據數個雷達距離分辨單元，此類目標稱為雷達距離擴展目標。
2、現有技術中，雷達目標檢測往往基于匹配濾波實現，即將雷達的回波信號經匹配濾波處理后與檢測門限進行比較，進而判斷目標是否存在。以上方法主要立足于“點目標”假設。然而，基于“點目標”假設的雷達目標檢測器與優化方法難以直接應用于距離擴展目標，其關鍵原因有兩個：其一，距離擴展目標的雷達回波是發射波形與目標沖擊響應(target?impulse?response,tir)的卷積形式，而非“點目標”所對應的發射波形尺度變換；其二，距離擴展目標的tir對雷達頻段，視角等因素十分敏感，在探測前難以精確已知，而檢測器的檢測性能卻與tir深度耦合，當目標真實tir與預設的tir失配時，雷達檢測器的檢測性能將急劇下降。
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br/>技術實現思路
1、針對目前雷達距離擴展目標檢測過程中存在的困難，本專利技術提供一種針對雷達距離擴展目標的檢測器設計與優化方法，能夠根據tir的分布情況自適應的設計目標檢測器提升對雷達距離擴展目標的探測能力。
2、為實現上述目的，本專利技術公開的一種針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法，包括以下步驟：
3、s1：將距離擴展目標的目標沖擊響應t視作一個隨機向量，對應的雷達回波表示為雷達發射信號s和t的卷積形式，引入高斯噪聲向量n模擬雷達系統噪聲和環境干擾，構建距離擴展目標雷達回波模型；
4、s2：將距離擴展目標的檢測問題表示成二元假設檢驗問題，基于距離擴展目標的雷達回波模型，利用neyman-pearson檢測器的1階taylor展開式對雷達回波模型進行線性近似，當內積超過檢測門限γ時判定回波中存在目標，否則判定回波中不存在目標；
5、s3：在neyman-pearson準則下將檢測門限γ表示成以虛警概率pfa為自變量的函數，得到在給定虛警概率pfa條件下，檢測概率pd與接收濾波器權矢量w之間的解析關系，完成檢測器性能分析；
6、s4：基于步驟s3中得到的檢測概率pd與接收濾波器權矢量w之間的解析關系，利用函數的單調性，將檢測器性能優化建模為一個帶約束的優化問題；采取迭代算法求解所建立的優化問題，算法從一個初始點開始，每次迭代完成一次優化變量的更新，直至收斂，則完成了檢測器性能優化，得到最終優化后的接收濾波器權矢量
7、更進一步地，所述的構建距離擴展目標雷達回波模型，包括：
8、雷達發射長度為l的電磁信號s對空間進行探測，雷達信號經距離擴展目標反射后被雷達接收，接收信號y的表達式為：
9、y＝st+n
10、式中，n表示高斯噪聲向量，t表示長度為q的距離擴展目標的tir向量，s表示增廣的雷達發射信號矩陣，具體表達式為：
11、s＝[j0s,j1s,...,jq-1s]
12、ji表示移位矩陣，i表示下標索引，取值范圍為0≤i≤q-1，ji矩陣的第m行，n列的元素為：
13、
14、式中，m，n的取值范圍分別為1≤m≤q+l-1，1≤n≤l；距離擴展目標的tir向量服從期望為t0，協方差矩陣為rt的復高斯分布，t0表示距離擴展目標的tir向量的一個具體估計；高斯噪聲向量n服從期望為0，協方差矩陣為rn的復高斯分布。
15、更進一步地，所述二元假設檢驗問題為：
16、
17、式中，h0表示回波中不存在目標，h1表示回波中存在目標。
18、更進一步地，距離擴展目標的neyman-pearson檢測器為：
19、
20、式中，re{·}表示取實部運算，γ表示檢測門限，由虛警概率決定，上標h表示共軛轉置運算；上式成立時，判決存在目標，反之判決不存在目標。
21、更進一步地，利用taylor級數展開對neyman-pearson檢測器進行線性化處理，得到其線性近似形式：
22、
23、式中，ξ為依賴于taylor級數展開點的向量；表示接收濾波器權矢量，則線性化后的檢測器表示為：
24、re{why}≥γ。
25、更進一步地，在h0假設下，檢測器re{why}服從期望為0，方差為的實高斯分布，虛警概率pfa的表達式為：
26、
27、在h1假設下，檢測器re{why}服從期望為re{whst0}，方差為的實高斯分布，檢測概率pd的表達式為：
28、
29、根據neyman-pearson準則，檢測門限γ的選取使得虛警概率pfa為確定值；
30、檢測門限γ與虛警概率pfa的關系式如下：
31、
32、式中，erf-1(·)表示高斯誤差函數的反函數；檢測概率pd與虛警概率pfa的關系式如下：
33、
34、上式表明，在虛警概率pfa一定的情況下，檢測器的檢測性能依賴于接收濾波器權矢量w。
35、更進一步地，以接收濾波器權矢量w為決策變量將檢測概率pd最大化，優化模型為：
36、
37、式中，α＝erf-1(1-2pfa)表示受到虛警概率pfa影響的尺度因子，代換變量||·||2表示歐幾里得空間的2范數。
38、更進一步地，使用迭代的方法求解所述優化模型，記v(k)表示第k次迭代時的優化變量，具體求解步驟如下：
39、s41：初始化迭代次數k＝0和迭代變量v(0)，使得||v(0)||2＝1；
40、s42：更新v(k+1)
41、
42、式中，
43、
44、m＝(srtsh+rn)-1/2
45、β(k)表示第k次迭代時的方向向量，m表示srtsh+rn逆矩陣的平方根矩陣，λ表示矩陣mhrnm的最大特征值，i為單位矩陣；
46、s43：將v(k+1)作為優化模型中的變量v代入優化模型計算目標函數值；
47、s44：判斷式優化模型中的目標函數是否收斂，如果收斂，計算w＝(srtsh+rn)-1/2v(k+1)得到優化后的接收濾波器權矢量w并構造檢測器；如果不收斂，令k＝k+1，返本文檔來自技高網
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【技術保護點】
1.一種針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法，其特征在于，所述的構建距離擴展目標雷達回波模型，包括：
3.根據權利要求2所述的針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法，其特征在于，所述二元假設檢驗問題為：
4.根據權利要求3所述的針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法，其特征在于，距離擴展目標的Neyman-Pearson檢測器為：
5.根據權利要求4所述的針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法，其特征在于，利用Taylor級數展開對Neyman-Pearson檢測器進行線性化處理，得到其線性近似形式：
6.根據權利要求5所述的針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法，其特征在于，在H0假設下，檢測器Re{wHy}服從期望為0，方差為的實高斯分布，虛警概率Pfa的表達式為：
7.根據權利要求6所述的針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法，其特征在于，以接收濾波器權矢量w為決策變量將檢測概率Pd最大化，優化模型為：
8.根據權利要求7所述的針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法，其特征在于，使用迭代的方法求解所述優化模型，記v(k)表示第k次迭代時的優化變量，具體求解步驟如下：
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【技術特征摘要】
1.一種針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法，其特征在于，所述的構建距離擴展目標雷達回波模型，包括：
3.根據權利要求2所述的針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法，其特征在于，所述二元假設檢驗問題為：
4.根據權利要求3所述的針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法，其特征在于，距離擴展目標的neyman-pearson檢測器為：
5.根據權利要求4所述的針對雷達距離擴展目標的檢測器構建和優化方法，其特征在于，利用taylor級數展開對...
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐舟，艾未華，朱家華，胡申森，趙現斌，杜小勇，陳楠，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科技大學，
類型：發明
國別省市：
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