一种干扰及非均匀下的部分自适应信号检测方法与系统

技术领域

本发明涉及信号检测技术领域，尤其涉及一种干扰及非均匀下的部分自适应信号检测方法与系统。

背景技术

干扰及杂波的非均匀特性严重制约了雷达探测效能的发挥，干扰信号一般远远强于雷达接收到的微弱目标信号，极大削弱了雷达的目标探测性能，此外，雷达的工作环境复杂多变，存在大量无序的杂波信号，它们不仅覆盖范围广，而且强度大，并且在距离维呈现出非均匀特性，待检测单元的杂波统计特性往往与训练样本中的杂波统计特性不同，进一步恶化了雷达目标探测的工作环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述技术缺陷，提供一种干扰及非均匀下的部分自适应信号检测方法与系统。

为解决上述技术问题，本发明提出一种干扰及非均匀下的部分自适应信号检测方法，包括以下步骤，

步骤1：根据干扰信息构造干扰矩阵；

步骤2：利用所述干扰矩阵构造干扰抑制矩阵；

步骤3：利用所述干扰抑制矩阵去除待检测数据、信号矩阵和训练样本中的干扰成分；

步骤4：利用去除干扰分量后的训练样本构造采样协方差矩阵；

步骤5：利用所述采样协方差矩阵构造白化矩阵；

步骤6：利用所述白化矩阵对去除干扰分量后的待检测数据和除去干扰分量后的信号矩阵进行白化；

步骤7：利用所述白化后的数据构造检测统计量；

步骤8：根据虚警概率及系统参数确定检测门限；

步骤9：比较所述检测统计量与所述检测门限的大小，并判决目标是否存在。

进一步地，所述步骤1中根据干扰信息构造干扰抑制矩阵分为两种情况，即：多个方位确定的干扰及单个方位不确定的干扰；对于多个干扰的情况，干扰矩阵具有形式

J＝[j(θ

公式(1)中

公式(2)为m第个干扰的导向矢量，d为天线阵元间距，λ为雷达发射信号波长，θ

J＝{j[θ-(q-1)Δθ/2],j[θ-(q-2)Δθ/2],…,j(θ),…,j[θ-(q-1)Δθ/2]} (3)

若q为偶数，则干扰矩阵具有形式

J＝{j[θ-qΔθ/2],j[θ-(q-1)Δθ/2],…,j(θ),…,j[θ-(q-2)Δθ/2]} (4)

公式(3)、公式(4)中，Δθ为很小的角度偏置量。

进一步地，所述步骤2中利用所述干扰矩阵构造的干扰抑制矩阵

J

公式(5)中，U

进一步地，所述步骤3中，利用所述干扰抑制矩阵去除待检测数据、信号矩阵和训练样本中的干扰成分分别通过下面三个等式实现

公式(6)、公式(7)、公式(8)中，x为待检测数据向量，H为信号矩阵，x

进一步地，所述步骤4中利用去除干扰分量后的训练样本构造的采样协方差矩阵为

公式(9)中，S的维数为(N-q)×(N-q)。

进一步地，所述步骤5中利用所述采样协方差矩阵构造的白化矩阵为

D＝UL

公式(10)中，UL U

进一步地，所述步骤6中利用所述白化矩阵对去除干扰分量后的待检测数据和除去干扰分量后的信号矩阵进行白化处理通过下面两个式子实现

其中公式(11)、公式(12)中，

进一步地，所述步骤7中利用所述白化后的数据构造的检测统计量为

公式(13)中，

进一步地，所述步骤8中的检测门限通过下式利用数值搜索方法得到

公式(14)中，

和

M！表示整数M的阶乘。

进一步地，所述步骤9中比较所述检测统计量与所述检测门限的大小，并判决目标是否存在,分下述两种情况进行判定：

若检测统计量Detector大于等于检测门限η，则判定目标存在；

若检测统计量Detector小于检测门限η，则判定目标不存在。

本发明提供一种干扰及非均匀下的部分自适应信号检测系统，包括：

干扰抑制矩阵构造模块，所述干扰抑制矩阵构造模块，用于利用干扰已知信息构建干扰抑制所需的矩阵；

干扰分量抑制模块，所述干扰分量抑制模块，用于抑制待检测数据、信号矩阵和训练样本中的干扰分量；

采样协方差矩阵形成模块，所述采样协方差矩阵形成模块，用于利用抑制干扰后的训练样本构建采样协方差矩阵；

白化矩阵构造模块，所述白化矩阵构造模块，用于利用采样协方差矩阵构造抑制杂波的白化矩阵；

杂波分量抑制模块，用于利用白化矩阵对干扰抑制后的待检测数据和干扰抑制后的信号矩阵进行杂波抑制；

检测统计量构造模块，所述检测统计量构造模块，用于构造检测统计量；

检测门限确定模块，所述检测门限确定模块，用于利用检测统计量的统计分布和系统参数确定检测门限；

目标判决模块，所述目标判决模块，用于比较检测统计量与检测门限之间的大小，若检测统计量大于检测门限，则判决目标存在，反之则判决目标不存在。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1.能够彻底抑制干扰；

2.能够极大降低杂波的影响；

3.检测器具有恒虚警特性，无需额外的恒虚警处理；

4.检测方法有效简化了目标检测流程，提高了检测效率。

附图说明

图1为本发明所述一种干扰及非均匀下的部分自适应信号检测方法的流程示意图；

图2为本发明所述一种干扰及非均匀下的部分自适应信号检测系统的结构框架图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种干扰及非均匀下的部分自适应信号检测方法与系统做进一步的详细说明。

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

假设雷达的系统通道数为N，存在q个干扰时，每个干扰相对雷达阵列法线的角度为θ

公式(17)中，θ

假设待检测数据x中包含目标、干扰、杂波和热噪声，则待检测数据可表示为

x＝Hα+Jφ+w (18)

公式(18)中，N×p维矩阵H表示信号矩阵，p×1维列向量α表示信号的未知坐标， J＝[s(θ

令杂波加热噪声w的协方差矩阵为R，在实际环境中，协方差矩阵R通常未知，为此，需要一定数量的训练样本对R进行估计，假设存在L个仅含杂波和热噪声分量的训练样本，记第l个训练样本为：

x

公式(19)中，l＝1,2,…,L，n

本发明的目的在于解决干扰及非均匀杂波环境下雷达目标检测的难题，为实现上述目的，请参阅图1 所示，本发明提供了一种干扰及非均匀下的部分自适应信号检测方法，包括：

步骤1：根据干扰信息构造干扰矩阵；

步骤2：利用所述干扰矩阵构造干扰抑制矩阵；

步骤3：利用所述干扰抑制矩阵去除待检测数据、信号矩阵和训练样本中的干扰成分；

步骤4：利用去除干扰分量后的训练样本构造采样协方差矩阵；

步骤5：利用所述采样协方差矩阵构造白化矩阵；

步骤6：利用所述白化矩阵对去除干扰分量后的待检测数据和除去干扰分量后的信号矩阵进行白化；

步骤7：利用所述白化后的数据构造检测统计量；

步骤8：根据虚警概率及系统参数确定检测门限；

步骤9：比较所述检测统计量与所述检测门限的大小，并判决目标是否存在。

具体而言，所述步骤1中根据干扰信息构造干扰抑制矩阵分为两种情况，即：多个方位确定的干扰及单个方位不确定的干扰；对于多个干扰的情况，干扰矩阵具有形式

J＝[j(θ

公式(1)中

公式(2)为m第个干扰的导向矢量，d为天线阵元间距，λ为雷达发射信号波长，θ

J＝{j[θ-(q-1)Δθ/2],j[θ-(q-2)Δθ/2],…,j(θ),…,j[θ-(q-1)Δθ/2]} (3)

若q为偶数，则干扰矩阵具有形式

J＝{j[θ-qΔθ/2],j[θ-(q-1)Δθ/2],…,j(θ),…,j[θ-(q-2)Δθ/2]} (4)

公式(3)、公式(4)中，Δθ为很小的角度偏置量。

具体而言，所述步骤2中利用所述干扰矩阵构造的干扰抑制矩阵

J

公式(5)中，U

具体而言，所述步骤3中，利用所述干扰抑制矩阵去除待检测数据、信号矩阵和训练样本中的干扰成分分别通过下面三个等式实现

公式(6)、公式(7)、公式(8)中，x为待检测数据向量，H为信号矩阵，x

具体而言，所述步骤4中利用去除干扰分量后的训练样本构造的采样协方差矩阵为

公式(9)中，S的维数为(N-q)×(N-q)。

具体而言，所述步骤5中利用所述采样协方差矩阵构造的白化矩阵为

D＝UL

公式(10)中，UL U

具体而言，所述步骤6中利用所述白化矩阵对去除干扰分量后的待检测数据和除去干扰分量后的信号矩阵进行白化处理通过下面两个式子实现

公式(11)、公式(12)中，

具体而言，所述步骤7中利用所述白化后的数据构造的检测统计量为

公式(13)中，

具体而言，所述步骤8中的检测门限通过下式利用数值搜索方法得到

公式(14)中，

和

M！表示整数M的阶乘。

具体而言，所述步骤9中比较所述检测统计量与所述检测门限的大小，并判决目标是否存在,分下述两种情况进行判定：

若检测统计量Detector大于等于检测门限η，则判定目标存在；

若检测统计量Detector小于检测门限η，则判定目标不存在。

请参阅图2所示，本发明还提供一种干扰及非均匀下的部分自适应信号检测系统，包括：

干扰抑制矩阵构造模块，所述干扰抑制矩阵构造模块，用于利用干扰已知信息构建干扰抑制所需的矩阵；

干扰分量抑制模块，所述干扰分量抑制模块，用于抑制待检测数据、信号矩阵和训练样本中的干扰分量；

采样协方差矩阵形成模块，所述采样协方差矩阵形成模块，用于利用抑制干扰后的训练样本构建采样协方差矩阵；

白化矩阵构造模块，所述白化矩阵构造模块，用于利用采样协方差矩阵构造抑制杂波的白化矩阵；

杂波分量抑制模块，用于利用白化矩阵对干扰抑制后的待检测数据和干扰抑制后的信号矩阵进行杂波抑制；

检测统计量构造模块，所述检测统计量构造模块，用于构造检测统计量；

检测门限确定模块，所述检测门限确定模块，用于利用检测统计量的统计分布和系统参数确定检测门限；

目标判决模块，所述目标判决模块，用于比较检测统计量与检测门限之间的大小，若检测统计量大于检测门限，则判决目标存在，反之则判决目标不存在。

以上对发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。