雙極化接收雷達(dá)的目標(biāo)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)探測技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及極化雷達(dá)的目標(biāo)檢測問題。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙極化接收雷達(dá)的目標(biāo)檢測方法，主要可以分為兩類，第一類是有先驗(yàn)信息的情 況，即目標(biāo)極化散射特性已知的情況，主要方法包括最優(yōu)極化檢測器等；第二類是無先驗(yàn)信 息的情況，即目標(biāo)極化散射特性未知的情況，包括極化白化濾波器、極化恒虛警檢測器等， 這些方法主要是通過對(duì)雜波信號(hào)極化協(xié)方差矩陣的估計(jì)來確定極化通道間的加權(quán)系數(shù)，以 對(duì)背景雜波的最大抑制為準(zhǔn)則。
[0003] 對(duì)于第一類方法，實(shí)際中由于目標(biāo)極化散射特性難以預(yù)知且動(dòng)態(tài)起伏變化， 因此在應(yīng)用中較有難度。第二類方法雖然可以通過對(duì)背景數(shù)據(jù)的極化估計(jì)，實(shí)現(xiàn)信雜 比（Signal-ClutterPowerRatio,信號(hào)雜波功率比，簡稱SCR)的優(yōu)化，但其對(duì)目標(biāo)檢 測性能的改善受制于目標(biāo)極化散射特性。此外，這兩類方法都是立足于通過提高信噪比 (Signal-NoisePowerRatio,信號(hào)噪聲功率比，簡稱SNR)或信雜比來改善目標(biāo)檢測性能， 而對(duì)檢測方法本身的優(yōu)化設(shè)計(jì)則涉及很少。
[0004] 本發(fā)明針對(duì)目標(biāo)極化散射特性等先驗(yàn)信息未知的情況，提出了一種針對(duì)雙極化接 收雷達(dá)的檢測方法，通過低門限選擇"疑似目標(biāo)"，進(jìn)而通過高門限"確認(rèn)目標(biāo)"，充分發(fā)揮了 雙極化通道聯(lián)合接收的優(yōu)勢(shì)，可以更為穩(wěn)健地檢測目標(biāo)。這種針對(duì)雙極化接收雷達(dá)的雙門 限檢測方法，還未見有文獻(xiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種針對(duì)雙極化接收雷達(dá)的雷達(dá)目標(biāo)檢測方法。雷達(dá)采用正 交雙極化接收通道同時(shí)接收信號(hào)，通過對(duì)兩個(gè)通道接收信號(hào)先后進(jìn)行低門限、高門限的檢 測判決與處理，實(shí)現(xiàn)更為穩(wěn)健的檢測性能。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案具體包括以下四個(gè)步驟：
[0007] 第一步，雙極化接收
[0008] 雷達(dá)采用正交雙極化方式接收目標(biāo)回波信號(hào)，不失一般性，設(shè)為H(Horizontal，水 平）極化方式、V(Vertical，垂直）極化方式，兩種極化方式分別對(duì)應(yīng)Η極化通道和V極化 通道。
[0009]Η極化通道、V極化通道的中頻信號(hào)經(jīng)過同步采樣、數(shù)字正交化后，分別得到兩個(gè) 復(fù)信號(hào)數(shù)據(jù)序列(η)、(n)，m為脈沖周期序號(hào)，η= 1，…，Ν，Ν為一個(gè)脈沖周期內(nèi)的采 樣點(diǎn)數(shù)。
[0010] 特別地，上述同步采樣應(yīng)使用同一時(shí)鐘信號(hào)源為兩個(gè)極化通道提供采樣時(shí)鐘信 號(hào)。
[0011] 第二步，匹配濾波
[0012] 依據(jù)下式計(jì)算Η極化通道、V極化通道的匹配濾波輸出信號(hào)：
[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，F(xiàn)FT□表示信號(hào)的傅里葉變換，IFFT□表示信號(hào)的傅里葉反變換；υ(ω) 為雷達(dá)匹配濾波參考波形的頻譜，參考波形采用與雷達(dá)發(fā)射信號(hào)相同的波形；yHini(η)表示 Η極化通道第m個(gè)脈沖周期的匹配濾波輸出信號(hào)，yVini (η)表示V極化通道第m個(gè)脈沖周期 的匹配濾波輸出信號(hào)。
[0017] 第三步，低門限初檢測
[0018] 本發(fā)明將檢測過程分為兩步，即低門限初檢測、高門限確認(rèn)檢測，分別對(duì)應(yīng)不同的 檢測門限系數(shù)，即nL、nH。需說明的是，Hl、nH是以CA-CFAR(Cellaveraging-constant falsealarmrate，單元平均恒虛警率）檢測器的檢測門限系數(shù)ri為參考、以檢測概率/ 虛警概率要求為約束，通過蒙特卡洛仿真實(shí)驗(yàn)來確定的，一般有η<riH。
[0019] 以第m個(gè)脈沖周期為例，對(duì)Η極化通道和V極化通道的匹配濾波輸出信號(hào)逐個(gè)點(diǎn) 進(jìn)行CFAR檢測，檢測門限系數(shù)采用ru，記錄CFAR檢測檢出點(diǎn)（簡稱檢出點(diǎn)）的位置。設(shè)Η極 化通道共有a個(gè)檢出點(diǎn)，V通道有b個(gè)檢出點(diǎn)，將它們的并集作為檢出點(diǎn)集合{Pl，ρ2，…，ρκ}， 則Κ<a+b。
[0020] 其中，上述CFAR檢測處理過程如下（如圖2):設(shè)待檢測點(diǎn)為yH,Jn)(不失一般性， 以Η極化通道為例），在其兩側(cè)各取N個(gè)采樣點(diǎn)作為"保護(hù)單元"，在"保護(hù)單元"外各取M/2 個(gè)點(diǎn)（共計(jì)Μ個(gè)點(diǎn)）作為參考單元，Μ-般根據(jù)采樣率、距離分辨率等參數(shù)確定，對(duì)該Μ個(gè)點(diǎn) 的信號(hào)幅度取均值（記為Ζ)并乘以檢測門限系數(shù)ru后得到檢測門限值Vτ，即VT=Ζ·ru， 利用^進(jìn)行檢測：
[0021]
[0022]
[0023] 第四步，高門限確認(rèn)檢測
[0024] 進(jìn)一步進(jìn)行高門限確認(rèn)檢測。對(duì)檢出點(diǎn)集合{Pl，p2，…，ρκ}中每一個(gè)位置點(diǎn)pk(k =1，2,…，K)對(duì)應(yīng)的Η通道、V通道信號(hào)值，按下述三種情形進(jìn)行處理：
[0025] 1)如果Η通道或V通道信號(hào)值的幅度超過高門限Ζ·riH，則確認(rèn)該位置檢出信號(hào)。
[0026]2)如果Η通道和V通道信號(hào)值的幅度均低于高門限Ζ·τιH，并且均超過低門限 Z·ru，則確認(rèn)該位置檢出信號(hào)。
[0027]3)如果Η通道和V通道信號(hào)值的幅度均低于高門限Ζ·τιH，并且有一個(gè)通道信號(hào) 值的幅度超過低門限Z·ru，則對(duì)兩通道信號(hào)值進(jìn)行相位分集加權(quán)疊加并取最大值Sni(pk)， 若sjpd的幅度超過高門限Ζ·riH，則確認(rèn)該位置檢出信號(hào)，否則判為未檢出。
[0028]其中，相位分集加權(quán)疊加并取最大值的過程描述如下：以相位集e[0,2π]， i= 1，2,…I，采用均勻分集方式，相位間隔越小越有利，具體需根據(jù)雷達(dá)信號(hào)處理運(yùn)算及 存儲(chǔ)能力來確定分集數(shù)I)中的相位夢(mèng)?作為V極化通道信號(hào)值的附加相位，對(duì)Η通道、V通 道信號(hào)值進(jìn)行加權(quán)相加。設(shè)加權(quán)相加后信號(hào)最大值為Sni(pk)，其計(jì)算方法如下式所示：
[0030] 本發(fā)明的技術(shù)效果：
[0031] -、檢測性能穩(wěn)健。本發(fā)明所提方法同時(shí)利用了正交雙極化接收通道的信號(hào)，有效 地消除了雷達(dá)目標(biāo)極化散射特性未知以及動(dòng)態(tài)起伏給檢測帶來的不利影響，對(duì)各類極化散 射特性的目標(biāo)均具有穩(wěn)定的檢測性能。
[0032] 二、簡單實(shí)用。本發(fā)明所提方法不需要目標(biāo)極化散射特性等先驗(yàn)信息，也無需進(jìn)行 復(fù)雜的極化估計(jì)運(yùn)算，僅需要對(duì)兩個(gè)極化通道信號(hào)先后進(jìn)行"低門限初檢測"和"高門限確 認(rèn)檢測"，即可充分發(fā)揮雙極化接收對(duì)雷達(dá)目標(biāo)檢測帶來的潛力，因此本方法計(jì)算量少、簡 單實(shí)用。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發(fā)明所提方法的信號(hào)檢測處理流程示意圖；
[0034] 圖2為本發(fā)明所提方法中高門限確認(rèn)檢測處理的流程圖；
[0035] 圖3為利用本發(fā)明所提出的檢測方法與常規(guī)CFAR檢測性能對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。
[0037] 圖1為本發(fā)明所提方法的信號(hào)處理流程示意圖。主要包括下述步驟：1)利用同一 時(shí)鐘信號(hào)源提供的同步采樣時(shí)鐘對(duì)H、V兩個(gè)極化通道的中頻信號(hào)進(jìn)行同步采樣、數(shù)字正交 化，形成兩路復(fù)信號(hào)數(shù)據(jù)序列；2)對(duì)兩路復(fù)信號(hào)數(shù)據(jù)序列分別進(jìn)行匹配濾