一種多站雷達異步多幀聯合檢測方法技術

本發明專利技術公開了一種多站雷達異步多幀聯合檢測方法，屬于雷達目標檢測領域。在每個時刻，本發明專利技術利用雷達組網中多個雷達站點提供的多幀異步回波數據計算聯合廣義對數似然比，然后通過求解最優化問題找到一組使聯合似然比最大的狀態序列作為目標航跡的估計。另外，本發明專利技術結合了維特比算法，能夠快速高效地實現該最優化求解問題，在保證算法檢測實時性的同時，提高系統微弱目標的檢測概率，改善雷達系統的探測性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于雷達目標檢測領域。
技術介紹
單基地雷達系統只利用單部雷達對監視區域進行掃描，獲得的采樣數據單一，在強雜波、目標起伏等情況下，對目標的檢測概率低。而多站協同探測聯合處理多個雷達節點提供的信息，由于利用了更高的數據維度，該系統能夠捕獲目標RCS多樣性、頻移多樣性，進而改善雷達系統的探測性能，提供更可靠的檢測結果。但隨著電子技術的不斷發展，越來越多的隱身目標逐漸出現。這些目標的信噪比低且回波弱，導致協同探測系統的探測性能和威力范圍大大下降。利用單幀數據檢測的協同探測方法已經不能滿足系統對這類目標的探測需求。另外，由于雷達組網中不同雷達節點的起始掃描時刻、掃描周期、掃描范圍等都不相同，融合中心接收到的是一系列異步數據，傳統的多幀檢測方法并不適用。因此，尋找一種能夠適用于多站雷達協同探測的多幀數據聯合處理方法已經成為一個亟待解決的問題。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，提供一種適用于多站雷達協同探測的多幀數據聯合處理方法。本專利技術為解決上述技術問題所采用的技術方案是，一種多站雷達異步多幀聯合檢測方法，包括以下步驟：步驟1:初始化系統參數：初始化系統參數，主要包括：雷達節點數M，雷達m的發射信號sm(t)為簡單脈沖串，載波頻率fc，回波信號采樣間隔Ts，采樣次數N，各雷達節點向融合中心傳輸的數據幀數K，系統檢測門限VT；初始化系統變量：i＝1；步驟2：將各雷達節點在K個掃描時刻接收到的回波信號傳送到融合中心；步驟3：時間校準：在融合中心，將所有雷達節點不同時刻的回波信號按時間順序重新排序；重新排序后的信號序列表示為[r1(t),…,rMK(t)]，并記錄重新排序后第i(i＝1,…,MK)個信號的所屬雷達標號為βi；步驟4：計算對數似然比：步驟4.1：計算第i次掃描時，量化狀態對應的回波時延τ和多普勒頻移fd，即：其中，(xi,yi)代表目標位置，代表目標速度，(xm,ym)為第βi個雷達的坐標，為分辨單元(xi,yi)與雷達βi的夾角，c表示光速；步驟4.2：如果第i次掃描，分辨單元(xi,yi)在雷達βi的掃描范圍內，則確定目標狀態為θi時的反射信號d(t,θi)，執行步驟4.3；否則令狀態θi的對數似然比等于0，執行步驟4.5；步驟4.3：對信號采樣：按照采樣間隔Ts對反射信號d(t,θi)和回波信號ri(t)，在[τ,…,τ+(N-1)Ts]處進行N次采樣，得到采樣后信號d(θi)和ri；其中d(θi)＝[d(τ,θi),…,d(τ+(N-1)Ts,θi)]，ri＝[ri(τ),…,ri(τ+(N-1)Ts)]；步驟4.4：計算目標狀態為θi時的對數似然比，即：其中，C為噪聲協方差矩陣；步驟4.5：采用步驟4.1到步驟4.4的方法計算所有雷達節點不同時刻的回波信號的對數似然比；步驟5：計算值函數：從第一幀回撥信號開始，i＝1，用各個量化狀態對應的對數似然比初始化各狀態的值函數，即：I(θ1)＝lnΛ(r1|θ1)；如果i>1，首先確定i時刻與i-1時刻的掃描間隔，然后根據這個掃描間隔確定i-1時刻能夠轉移到θi的有效狀態轉移范圍δ(θi)，并利用該范圍內狀態的值函數最大值更新θi的值函數，即：其中，I(θi)表示狀態θi的值函數；步驟6：如果i≠MK，則令i＝i+1，返回步驟5；否則，執行步驟7；步驟7：如果值函數的最大值超過檢測門限，即則宣布檢測到目標，否則宣布沒有檢測到目標。進一步的，所述步驟7中檢測門限的確定方法為:設定虛警概率值為pfa，聯合處理l次掃描數據的門限的仿真生成方式如下：1)生成l幀噪聲數據；2)利用l幀數據計算狀態空間中每個狀態的值函數，并記錄值函數最大值；3)重復執行步驟1)，2)N次，將N次的值函數最大值按降序排列存入集合F中；4)取F中第Npfa個元素，作為門限。本專利技術的優點是能夠聯合處理多個雷達節點提供的多幀異步回波數據，提供更可靠的檢測結果，同時改善系統對微弱目標的檢測性能。另外，本專利技術結合了維特比算法，可以快速高效的實現算法中涉及的最優化求解問題，保證系統檢測的實時性。附圖說明圖1為本專利技術的流程圖。圖2為單個掃描時刻的檢測統計量平面與本專利技術計算的檢測統計量平面對比圖。(a)為單個掃描時刻的檢測統計量平面；(b)為本專利技術計算的檢測統計量平面。圖3為本專利技術與單幀檢測的多站雷達系統的檢測概率對比圖。具體實施方式本專利技術主要采用計算機仿真的方法進行驗證，所有步驟、結論都在MATLAB-R2012b上驗證確認。具體實施步驟如下：步驟1)初始化系統參數：在本實例中：雷達節點數M＝3，雷達發射波形為簡單脈沖串，即載波頻率fc＝109，回波信號采樣間隔等于脈沖重復頻率，即Ts＝Tp＝10-3，采樣數N＝10，每個雷達節點向融合中心傳輸的數據幀數K＝3，對應的檢測門限VT由蒙特卡洛仿真得到為82.92。初始化系統變量：i＝1。步驟2)將各雷達節點在K個掃描時刻接收到的回波信號傳送到融合中心。步驟3)時間校準：在融合中心，將不同雷達節點的不同掃描時刻的回波信號按時間順序重新排序。重新排序后的信號序列表示為[r1(t),…,rMK(t)]，并記錄重新排序后第i(i＝1,……,MK)個信號的所屬雷達標號為βi。步驟4)計算對數似然比：4.1)計算第i次掃描時，量化狀態對應的回波時延τ和多普勒頻移fd，即：其中，(xi,yi)代表目標位置，代表目標速度，為第βi個雷達的坐標，為分辨單元(xi,yi)與雷達βi的夾角，c表示光速。4.2)如果第i次掃描，分辨單元(xi,yi)在雷達βi的掃描范圍內，則確定目標狀態為θi時的反射信號d(t,θi)，執行步驟4.3)；否則令狀態θi的對數似然比等于0，執行步驟4.5)。4.3)對信號采樣：按照采樣間隔Ts對反射信號d(t,θi)和回波信號ri(t)，在[τ,…,τ+(N-1)Ts]處進行N次采樣。得到采樣后信號d(θi)和ri。其中d(θi)＝[d(τ,θi),…,d(τ+(N-1)Ts,θi)]，ri＝[ri(τ),…,ri(τ+(N-1)Ts)]。4.4)計算目標狀態為θi時的對數似然比，即：其中，C為噪聲協方差矩陣。4.5)如果所有量化狀態θi的對數似然比都已計算完，執行步驟4.6)；否則，返回步驟4.1)計算下一個量化狀態θi的對數似然比。4.6)如果i<MK，則令i＝i+1，返回步驟4.1)；否則，令i＝0，i＝i+1，執行步驟5)。步驟5)計算值函數：如果i＝1，用各個量化狀態對應的對數似然比初始化各狀態的值函數，即：I(θ1)＝lnΛ(r1|θ1)。如果i>1，首先確定i時刻與i-1時刻的掃描間隔，然后根據這個掃描間隔確定i-1時刻能夠轉移到θi的有效狀態轉移范圍δ(θi)，并利用該范圍內狀態的值函數最大值更新θi的值函數，即：其中，I(θi)表示狀態θi的值函數。步驟6)如果i≠MK，則令i＝i+1，返回步驟5)；否則，執行步驟7)。步驟7)如果值函數的最大值超過檢測門限，即則宣布檢測到目標，否則宣布沒有檢測到目標。圖2為單個掃描時刻的檢測統計量平面與本專利技術計算的檢測統計量平面對比圖。從圖2中可以看出，利用單個掃描時刻的數據，目標狀態的檢測統計量淹沒在噪聲中，但利用本專利技術聯合處理多個雷達節點提本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多站雷達異步多幀聯合檢測方法，包括以下步驟：步驟1:初始化系統參數：初始化系統參數，主要包括：雷達節點數M，雷達m的發射信號sm(t)為簡單脈沖串，載波頻率fc，回波信號采樣間隔Ts，采樣次數N，各雷達節點向融合中心傳輸的數據幀數K，系統檢測門限VT；初始化系統變量：i＝1；步驟2：將各雷達節點在K個掃描時刻接收到的回波信號傳送到融合中心；步驟3：時間校準：在融合中心，將所有雷達節點不同時刻的回波信號按時間順序重新排序；重新排序后的信號序列表示為[r1(t),…,rMK(t)]，并記錄重新排序后第i(i＝1,…,MK)個信號的所屬雷達標號為βi；步驟4：計算對數似然比：步驟4.1：計算第i次掃描時，量化狀態對應的回波時延τ和多普勒頻移fd，即：其中，(xi,yi)代表目標位置，代表目標速度，(xm,ym)為第βi個雷達的坐標，為分辨單元(xi,yi)與雷達βi的夾角，c表示光速；步驟4.2：如果第i次掃描，分辨單元(xi,yi)在雷達βi的掃描范圍內，則確定目標狀態為θi時的反射信號d(t,θi)，執行步驟4.3；否則令狀態θi的對數似然比等于0，執行步驟4.5；步驟4.3：對信號采樣：按照采樣間隔Ts對反射信號d(t,θi)和回波信號ri(t)，在[τ,…,τ+(N?1)Ts]處進行N次采樣，得到采樣后信號d(θi)和ri；其中d(θi)＝[d(τ,θi),…,d(τ+(N?1)Ts,θi)]，ri＝[ri(τ),…,ri(τ+(N?1)Ts)]；步驟4.4：計算目標狀態為θi時的對數似然比，即：其中，C為噪聲協方差矩陣；步驟4.5：采用步驟4.1到步驟4.4的方法計算所有雷達節點不同時刻的回波信號的對數似然比；步驟5：計算值函數：從第一幀回撥信號開始，i＝1，用各個量化狀態對應的對數似然比初始化各狀態的值函數，即：I(θ1)＝lnΛ(r1|θ1)；如果i>1，首先確定i時刻與i?1時刻的掃描間隔，然后根據這個掃描間隔確定i?1時刻能夠轉移到θi的有效狀態轉移范圍δ(θi)，并利用該范圍內狀態的值函數最大值更新θi的值函數，即：其中，I(θi)表示狀態θi的值函數；步驟6：如果i≠MK，則令i＝i+1，返回步驟5；否則，執行步驟7；步驟7：如果值函數的最大值超過檢測門限，即則宣布檢測到目標，否則宣布沒有檢測到目標。...

【技術特征摘要】
1.一種多站雷達異步多幀聯合檢測方法，包括以下步驟：步驟1:初始化系統參數：初始化系統參數，主要包括：雷達節點數M，雷達m的發射信號sm(t)為簡單脈沖串，載波頻率fc，回波信號采樣間隔Ts，采樣次數N，各雷達節點向融合中心傳輸的數據幀數K，系統檢測門限VT；初始化系統變量：i＝1；步驟2：將各雷達節點在K個掃描時刻接收到的回波信號傳送到融合中心；步驟3：時間校準：在融合中心，將所有雷達節點不同時刻的回波信號按時間順序重新排序；重新排序后的信號序列表示為[r1(t),…,rMK(t)]，并記錄重新排序后第i(i＝1,…,MK)個信號的所屬雷達標號為βi；步驟4：計算對數似然比：步驟4.1：計算第i次掃描時，量化狀態對應的回波時延τ和多普勒頻移fd，即：其中，(xi,yi)代表目標位置，代表目標速度，(xm,ym)為第βi個雷達的坐標，為分辨單元(xi,yi)與雷達βi的夾角，c表示光速；步驟4.2：如果第i次掃描，分辨單元(xi,yi)在雷達βi的掃描范圍內，則確定目標狀態為θi時的反射信號d(t,θi)，執行步驟4.3；否則令狀態θi的對數似然比等于0，執行步驟4.5；步驟4.3：對信號采樣：按照采樣間隔Ts對反射信號d(t,θi)和回波信號ri(t)，在[τ,…,τ+(N-1)Ts]處進行N次采樣，得到采樣后信號d(θi)和ri；其中d(θi)＝...

【專利技術屬性】
技術研發人員：易偉，王經鶴，李溯琪，姜萌，方梓成，孔令講，崔國龍，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51