基于多秩子空间的宽带雷达目标检测方法研究

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目标检测是信号处理研究的重要组成部分,是进行目标跟踪、成像及识别工作的基础。相比窄带雷达,宽带雷达的优势在于:距离分辨率高、抗杂波能力强和截获概率低等,因此利用宽带雷达进行目标检测具有重要的军事和民用价值。但同时面临着距离走动不可忽略、杂波非高斯性增强的问题,以至于适用于窄带雷达的回波模型和检测技术均不再适用,因此如何基于新模型设计检测器以提高检测性能成为了研究的重要方向。目前关于宽带雷达目标检测的研究多是将距离扩展目标回波信号建模为一组位于相同秩1子空间中但幅度不同的向量,也有部分基于多秩子空间所做的工作,但均只关注了由于大带宽造成的回波在多个距离单元的分布特性,未考虑阵列单元和脉冲间包络的距离走动。本文研究了部分均匀和非均匀环境中宽带雷达目标的自适应检测问题,建立一种考虑了距离走动的目标回波模型,通过合适的变换将目标回波信号建模于信号矩阵张成的子空间中,基于该模型导出检测统计量,分析检测器性能。内容主要包括以下三个部分:首先,简单介绍了几种传统的杂波模型,考虑到脉冲相干性及宽带雷达杂波幅度PDF的高尖峰重拖尾特性,详细研究了描述非高斯杂波广泛使用的复合高斯模型,仿真说明基于该模型的K分布和Pareto分布能够较好地拟合宽带雷达杂波。给出目标回波模型的建立和变换到子空间的过程,并基于此将检测问题推导为一般二元假设形式,为后面的检测器设计奠定基础。其次,研究了匹配子空间检测理论和自适应子空间检测理论。基于回波模型推导复高斯白噪声和色噪声以及噪声加干扰情形下的子空间检测器,对检测器统计特性进行分析。结合回波模型的子带解释,给出了均匀杂波背景中协方差矩阵已知和未知以及噪声功率已知和未知条件下的子空间检测器的子带形式,此外还设计了部分均匀杂波背景中的子空间检测器。对上述检测器通过计算机仿真研究其性能,结果表明我们所设计的检测器性能与理论性能极为相近。最后,在复合高斯杂波背景下,考虑Gamma和逆Gamma随机纹理分量,基于所提出的检测问题设计非均匀杂波环境中的子空间检测器。先假设杂波协方差矩阵已知,给出检测统计量,计算系数矢量的MLE。在辅助数据充足时,推导基于协方差矩阵RE估计的子空间检测器。在无法获得大量参考数据的情况下,未知参数均为给定了PDF的随机变量,假定协方差矩阵服从逆Wishart分布,利用杂波的先验信息,设计基于协方差矩阵MAP估计的子空间检测器。对所提出的检测器的性能进行分析,表明我们所设计的检测器在目标长度较长、杂波非均匀性较强和先验信息失配时均有良好性能。
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