宽带雷达距离扩展目标检测算法研究

发布时间：2018-03-03 08:55

本文选题：宽带雷达　切入点：距离扩展目标　出处：《西安电子科技大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：与传统的窄带雷达相比,宽带雷达因为带宽的增加,提高了雷达的距离分辨率。宽带雷达信号具有较多的优点,距离分辨率的提高可以更加精确的测量目标的位置和运动参数;含有更多的信息量,可获得更多和更为精细的目标和环境信息;可以对目标进行逆合成孔径雷达成像处理和对陆地海洋进行二维甚至三维测绘,也更有利于雷达目标的分类与识别。作为雷达信号处理的重要方面,宽带雷达信号检测的理论与方法,与传统雷达使用的窄带信号的检测理论与方法也存在很大的不同。随着雷达信号带宽的增加,距离分辨率的提高,宽带雷达将目标上的散射中心沿着径向上分布到了多个距离分辨单元中,形成了距离扩展目标,其包络信号就是高分辨距离像信号。由于目标回波模型的明显差异,传统的窄带恒虚假检测因为目标散射中心回波能量泄漏到了参考单元,传统的窄带雷达检测算法对宽带雷达信号的距离扩展目标失效或效果不佳,需要研究专门针对宽带雷达信号距离扩展目标的检测算法。而目标相对雷达的运动使得目标上的散射中心在不同回波之间处于不同的距离分辨单元内,有的甚至位于不同的多普勒分辨单元内,从而增加了宽带雷达距离扩展目标检测的难度。本文主要针对以卫星和弹道导弹为探测目标的空间目标监视与弹道导弹预警的宽带雷达的距离扩展目标的检测问题进行研究讨论。此类雷达因为作用距离较远,回波的背景噪声可以用高斯分布白噪声进行描述。本文的具体工作包括如下几个方面:针对单个回波的宽带雷达距离扩展目标检测问题,分析研究了宽带雷达产生的高分辨率一维距离像信号的概率密度分布,根据有无目标时回波信号的差异,提出了一种基于正态性检验的距离扩展目标检测算法。将回波信号的复高分辨率一维距离像实部和虚部合并为一个向量,计算三阶统计量和四阶统计量来对向量的正态性进行检验,从而实现对宽带雷达距离扩展目标的检测判决。理论分析表明正态性检验检测器不需要对目标散射中心分布的先验信息,计算机仿真试验表明其具有比能量积累检测器更好的检测性能。对于宽带雷达距离扩展目标得到的高分辨一维距离像,分析研究了其频域与时域的特性,可以将距离扩展目标的包络信号看作是频谱分析的结果,对应的傅里叶变换即是由散射中心位置和强度决定的多个谐波和的形式,由此提出了一种基于谐波数估计的宽带雷达距离扩展目标检测器算法。理论分析表明该检测器不依赖于目标上散射中心的沿着径向距离上的分布信息,计算机仿真试验的结果表明,该检测器对散射中心分布稀疏的目标,具有比能量积累检测器更好的性能。从多散射中心模型入手分析了宽带雷达距离扩展目标信号相邻回波互相关系数的特点,进而提出了一种互相关系数累加检测器。分析了在没有回波信号时高斯噪声互相关系数的概率分布,给出了恒虚警检测的门限。分析研究了用频率慢时间维子空间模型描述具有匀速运动的宽带雷达距离扩展目标信号,在回波信号的各距离分辨单元,可以将信号看作是以慢时间为变量的单频谐波信号,利用傅里叶变换的信号能量集聚性可以实现对目标信号能量的积累。由此提出了慢时间谱积累检测器。理论分析和模拟数据的计算机仿真试验表明慢时间谱积累检测器不需要目标散射中心分布运动的先验信息,具有比NSDD-GLRT检测器更好的检测性能。分析研究了宽带雷达距离扩展目标相邻回波信号互相关序列最大值与目标运动情况的特定关系。在互相关序列序号与互相关延迟变量的二维平面上,互相关系列最大值因为目标不同的运动情况具有不同的几何特性。进而提出了使用Hough变换来检测匀加速运动情况下互相关序列最大值形成的直线,用基于递推最小二乘的动态规划算法来检测在匀加加速运动情况下互相关序列最大值形成的二次曲线并估计运动参数。分析研究了利用离散傅里叶变换计算没有目标回波信号时,高斯噪声互相关序列的概率分布情况,给出了恒虚警检测的门限设置。理论分析表明Hough变换检测器和递推最小二乘动态规划检测对于目标上的散射中心位置分布不敏感。使用模拟相参宽带距离扩展目标信号的计算机仿真实验表明,Hough变换检测器和递推最下二乘动态规划检测器具有比NSDD-GLRT检测器更好的检测性能。
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【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN957.51

【参考文献】