双基地合成孔径雷达的双门限恒虚警运动目标检测方法

摘要

本发明涉及一种用于双基地合成孔径雷达的双门限恒虚警运动目标检测方法，其特征在于：1)对每个脉冲采样完成距离压缩；2)把方位时间分割成多个相干处理间隔(CPI)；3)在每个CPI内做快速傅立叶变换(FFT)进入方位频域；4)把杂波区外的频率通道的数据幅度和第一门限比较做判决并输出点迹；5)点迹凝聚；6)在点迹域做Hough变换并做第二门限判决。本发明在每个CPI内实现了同一个距离单元内目标信号相干积累，在各CPI间实现了跨越距离单元的目标信号非相干积累，从而可以显著抑制虚警，同时提高了系统对微弱目标的检测能力。

主权项

1.双基地合成孔径雷达的双门限恒虚警运动目标检测方法，其特征在于，针对并轨等速双基地合成孔径雷达，该方法依次包含如下步骤：步骤(1)雷达接收机接收每一个发射脉冲对应的回波数据，并让接收到的回波信号通过匹配滤波器，完成距离向的脉冲压缩，其中匹配滤波器频域响应函数的幅度为1、相位与雷达发射机所发射的线性调频信号共轭；步骤(2)把检测时间T分割成N个相干处理间隔CPI，每个CPI包括的脉冲数为M＝f_PRF·T_c，其中f_PRF为脉冲重复频率，为设定值，T_c为每个CPI占用的相干积累时间，为设定值，T＝NT_c，T内的脉冲数为NM；步骤(3)在每个CPI内，对每个距离单元内的M个数据做快速傅立叶变换，进入方位频域，完成每个距离单元内信号的相干积累，积累增益为M，其中M如步骤(2)中所述，所述距离单元的大小定位为ρ_r＝c/2B，c为光速，B为雷达带宽，所述距离单元即为距离向的分辨率；步骤(4)在每个CPI内、在每个距离单元内，求出方位频域主杂波区外频率通道的数据幅度，经设定的第一门限E作判决并输出点迹：超过E则在相应距离单元输出点迹、记为1，否则不输出点迹、记为0，所述步骤(4)依次含有以下步骤：步骤(4.1)在每个CPI内、在每个距离单元内，取比杂波功率峰值低3dB所对应的频带以外的频率区间，得到主杂波区外的频率通道；步骤(4.2)根据设定的初步虚警概率P_f1，按下式计算判决信号幅度的第一门限E$P_{f1}={\int }_E^{\infty }{p}_0\left(x\right)\mathrm{dx},$其中p₀(x)为目标不存在时的幅度分布密度函数，为$p_0\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{{2\sigma }^2}\exp \{-\frac{x}{{2\sigma }^2}\}& x\ge 0\\ 0& x<0\end{array}\right.,$σ²是主杂波区外全部频率通道的信号能量的平均值，P_f1设定为10^-3；步骤(4.3)在每个CPI内、在每个距离单元内，把主杂波区外的频率通道数据的幅度与第一门限E相比，若大于E则在相应的距离单元输出点迹、记为1，否则不输出点迹、记为0；步骤(4.4)按下式计算检测概率P_d1$P_{d1}={\int }_E^{\infty }{p}_1\left(x\right)\mathrm{dx},$其中p₁(x)为目标存在时的幅度分布密度函数，为$p_1\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{x}{{\sigma }^2}\exp \{-\frac{x^2+\mu }{{2\sigma }^2}\}{I}_0\left(\frac{x\sqrt{\mu }}{{\sigma }^2}\right)& x\ge 0\\ 0& x<0\end{array}\right.,$其中μ为超过第一门限E的检测到的信号幅度，从主杂波区外的频率通道测量得到，I₀(·)是0阶贝塞尔函数，按下式计算$I_0\left(\frac{x\sqrt{\mu }}{{\sigma }^2}\right)=1+\underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}{[{\left(\frac{x\sqrt{\mu }}{{2\sigma }^2}\right)}^n/n!]}^2;$步骤(5)点迹凝聚，即在每个CPI内，由点迹占据的所有距离单元的平均值来确定目标在该CPI中的距离r_l，也即$r_i={\Sigma }_{j=1}^{J_i}{r}_i^{\left(j\right)}/J_i,$其中J_i是第i个CPI中一个目标占据的距离单元个数，表示第i个CPI中点迹占据的第j个距离单元序号；步骤(6)通过步骤(5)得到一个点迹图，横轴是CPI序号，纵轴是距离单元序号，再在该点迹图上做Hough变换，经第二门限K作判决，超过K则认为目标存在，否则认为目标不存在，所述步骤(6)依次含有以下步骤：步骤(6.1)根据设定的最终虚警概率P_F，P_F＝10^-6或10^-7，按下式设定第二门限K，$P_F=\underset{i=K}{\overset{N}{\Sigma }}{C}_N^i{P}_{f1}^i{(1-P_{f1})}^{N-i},$其中N＝T/T_c是检测时间内的CPI个数，$C_N^i=\frac{N!}{i!(N-i)!}$是组合计算公式，得到K后，按下式计算最终检测概率P_D$P_D=\underset{i=K}{\overset{N}{\Sigma }}{C}_N^i{P}_{d1}^i{(1-P_{d1})}^{N-i};$步骤(6.2)按下式所用Hough变换判定目标是否存在$\mathrm{HT}\left(f\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}f({\mathrm{CPI}}_i,r_i),$若HT(f)≥K判定为目标存在，否则判定为目标不存在，其中f(CPI_i，r_i)是点迹图中任意一条直线函数，HT(f)表示在得到的点迹图上搜索任意的直线，若某直线上的点迹个数大于K，则认为目标存在，且该直线反映了目标的运动轨迹。