寬帶雷達(dá)距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測(cè)算法研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的窄帶雷達(dá)相比，寬帶雷達(dá)因?yàn)閹挼脑黾樱岣吡死走_(dá)的距離分辨率。寬帶雷達(dá)信號(hào)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，距離分辨率的提高可以更加精確的測(cè)量目標(biāo)的位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù)；含有更多的信息量，可獲得更多和更為精細(xì)的目標(biāo)和環(huán)境信息；可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行逆合成孔徑雷達(dá)成像處理和對(duì)陸地海洋進(jìn)行二維甚至三維測(cè)繪，也更有利于雷達(dá)目標(biāo)的分類與識(shí)別。作為雷達(dá)信號(hào)處理的重要方面，寬帶雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)的理論與方法，與傳統(tǒng)雷達(dá)使用的窄帶信號(hào)的檢測(cè)理論與方法也存在很大的不同。隨著雷達(dá)信號(hào)

2、帶寬的增加，距離分辨率的提高，寬帶雷達(dá)將目標(biāo)上的散射中心沿著徑向上分布到了多個(gè)距離分辨單元中，形成了距離擴(kuò)展目標(biāo)，其包絡(luò)信號(hào)就是高分辨距離像信號(hào)。由于目標(biāo)回波模型的明顯差異，傳統(tǒng)的窄帶恒虛假檢測(cè)因?yàn)槟繕?biāo)散射中心回波能量泄漏到了參考單元，傳統(tǒng)的窄帶雷達(dá)檢測(cè)算法對(duì)寬帶雷達(dá)信號(hào)的距離擴(kuò)展目標(biāo)失效或效果不佳，需要研究專門(mén)針對(duì)寬帶雷達(dá)信號(hào)距離擴(kuò)展目標(biāo)的檢測(cè)算法。而目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)使得目標(biāo)上的散射中心在不同回波之間處于不同的距離分辨單元內(nèi)，有的甚

3、至位于不同的多普勒分辨單元內(nèi)，從而增加了寬帶雷達(dá)距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測(cè)的難度。
　　本文主要針對(duì)以衛(wèi)星和彈道導(dǎo)彈為探測(cè)目標(biāo)的空間目標(biāo)監(jiān)視與彈道導(dǎo)彈預(yù)警的寬帶雷達(dá)的距離擴(kuò)展目標(biāo)的檢測(cè)問(wèn)題進(jìn)行研究討論。此類雷達(dá)因?yàn)樽饔镁嚯x較遠(yuǎn)，回波的背景噪聲可以用高斯分布白噪聲進(jìn)行描述。本文的具體工作包括如下幾個(gè)方面：
　　針對(duì)單個(gè)回波的寬帶雷達(dá)距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測(cè)問(wèn)題，分析研究了寬帶雷達(dá)產(chǎn)生的高分辨率一維距離像信號(hào)的概率密度分布，根據(jù)有無(wú)目標(biāo)時(shí)回波信號(hào)

4、的差異，提出了一種基于正態(tài)性檢驗(yàn)的距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測(cè)算法。將回波信號(hào)的復(fù)高分辨率一維距離像實(shí)部和虛部合并為一個(gè)向量，計(jì)算三階統(tǒng)計(jì)量和四階統(tǒng)計(jì)量來(lái)對(duì)向量的正態(tài)性進(jìn)行檢驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶雷達(dá)距離擴(kuò)展目標(biāo)的檢測(cè)判決。理論分析表明正態(tài)性檢驗(yàn)檢測(cè)器不需要對(duì)目標(biāo)散射中心分布的先驗(yàn)信息，計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)表明其具有比能量積累檢測(cè)器更好的檢測(cè)性能。
　　對(duì)于寬帶雷達(dá)距離擴(kuò)展目標(biāo)得到的高分辨一維距離像，分析研究了其頻域與時(shí)域的特性，可以將距離擴(kuò)展目標(biāo)的包

5、絡(luò)信號(hào)看作是頻譜分析的結(jié)果，對(duì)應(yīng)的傅里葉變換即是由散射中心位置和強(qiáng)度決定的多個(gè)諧波和的形式，由此提出了一種基于諧波數(shù)估計(jì)的寬帶雷達(dá)距離擴(kuò)展目標(biāo)檢測(cè)器算法。理論分析表明該檢測(cè)器不依賴于目標(biāo)上散射中心的沿著徑向距離上的分布信息，計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)的結(jié)果表明，該檢測(cè)器對(duì)散射中心分布稀疏的目標(biāo)，具有比能量積累檢測(cè)器更好的性能。
　　從多散射中心模型入手分析了寬帶雷達(dá)距離擴(kuò)展目標(biāo)信號(hào)相鄰回波互相關(guān)系數(shù)的特點(diǎn)，進(jìn)而提出了一種互相關(guān)系數(shù)累加檢測(cè)器。

6、分析了在沒(méi)有回波信號(hào)時(shí)高斯噪聲互相關(guān)系數(shù)的概率分布，給出了恒虛警檢測(cè)的門(mén)限。分析研究了用頻率慢時(shí)間維子空間模型描述具有勻速運(yùn)動(dòng)的寬帶雷達(dá)距離擴(kuò)展目標(biāo)信號(hào)，在回波信號(hào)的各距離分辨單元，可以將信號(hào)看作是以慢時(shí)間為變量的單頻諧波信號(hào)，利用傅里葉變換的信號(hào)能量集聚性可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)信號(hào)能量的積累。由此提出了慢時(shí)間譜積累檢測(cè)器。理論分析和模擬數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)表明慢時(shí)間譜積累檢測(cè)器不需要目標(biāo)散射中心分布運(yùn)動(dòng)的先驗(yàn)信息，具有比 NSDD-GLRT檢

7、測(cè)器更好的檢測(cè)性能。
　　分析研究了寬帶雷達(dá)距離擴(kuò)展目標(biāo)相鄰回波信號(hào)互相關(guān)序列最大值與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)情況的特定關(guān)系。在互相關(guān)序列序號(hào)與互相關(guān)延遲變量的二維平面上，互相關(guān)系列最大值因?yàn)槟繕?biāo)不同的運(yùn)動(dòng)情況具有不同的幾何特性。進(jìn)而提出了使用Hough變換來(lái)檢測(cè)勻加速運(yùn)動(dòng)情況下互相關(guān)序列最大值形成的直線，用基于遞推最小二乘的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法來(lái)檢測(cè)在勻加加速運(yùn)動(dòng)情況下互相關(guān)序列最大值形成的二次曲線并估計(jì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。分析研究了利用離散傅里葉變換計(jì)算沒(méi)有目