[发明专利]一种基于非均匀杂波的MIMO雷达扩展目标检测方法

说明书

本发明公开了一种基于非均匀杂波的MIMO雷达扩展目标检测方法，将MIMO雷达扩展目标检测建模为二元假设检验问题，并将不同发送‑接收对(T_x‑R_x)所对应的干扰杂波协方差矩阵建模为随机矩阵。同时指定它们的先验分布为逆复Wishart分布。通过设置不同的功率水平来模拟不同的发射‑接收天线对(T_x‑R_x)之间的非均匀杂波功率。根据Rao和Wald检测器的检测标准结合贝叶斯框架在非均匀杂波干扰下设计了两个新的检测器。达到了提高MIMO雷达扩展目标检测概率和降低计算复杂度的目的。

技术领域

本发明涉及非均匀杂波干扰情况下MIMO雷达结合贝叶斯框架根据杂波先验信息分布设计Rao和Wald检测器等技术。适用于在非均匀杂波干扰下，高分辨率MIMO雷达对距离扩展目标检测的雷达系统，具体为一种基于非均匀杂波的MIMO雷达扩展目标检测方法。

背景技术

目前，MIMO雷达是雷达领域的研究热点。MIMO雷达由多个不同的发射阵元天线和接收阵元天线组成。经过前辈们的数学分析和实验仿真证明，MIMO雷达有很多潜在的优势。例如提升检测性能、提高雷达自由度和估计精度等。MIMO雷达根据其天线布阵形式主要可以分为两大类。第一类是集中式MIMO雷达。发射天线阵列和接收天线阵列之间紧凑分布。集中式MIMO雷达在发射端发射相互独立或正交的波形以获得波形分集特性，提升了系统的自由度。接收端通过波束成形技术来提高相干处理增益。第二类是分布式MIMO雷达。发射阵元和接收阵元之间相隔很远。分布式MIMO雷达由于阵元之间的位置分布较广，可以从多个不同的方向接收目标的后向散射回波，减轻目标的雷达横截面积(Radar Cross Sections,RCSs)闪烁，提升检测性能和估计精度。

目标检测是雷达的一个重要功能。在干扰杂波相关性未知的情况下，分布式MIMO雷达的目标检测问题被广泛研究。为了估计未知的协方差矩阵，一种常用的标准假设是有充足的训练数据,在满足上述假设的前提下，在高斯杂波环境中利用抽样协方差矩阵方法设计了一个新的检测器用于雷达目标检测。还例如将高斯杂波拓展为复合高斯分布，提出了一种更鲁棒性的采样协方差矩阵检测器。实际雷达场景中，由于杂波频谱的快变性，很难得到充足的训练数据。在现有的技术中提到利用杂波协方差矩阵的斜对称结构减少对训练数据的依赖。上述算法都假设分布式MIMO雷达处于均匀性杂波环境中，即所有的发射-接收对的协方差矩阵都是相同的。现有的文献证明了杂波特性与阵元所处位置具有强相关性。即发射-接受天线对的相对位置不同时，他们之间的杂波属性可能也具有差异。在文献中，Yongchan Gao等人在此基础上将杂波协方差矩阵建模为未知的随机矩阵，并模拟非均匀杂波环境，推导了基于知识辅助的GLRT检测器。由于以上算法仍然需要充足或者少量的训练数据，所以由于杂波快变性导致的训练数据不足的问题没有被完全解决。

此外，随着雷达分辨率的提升，当雷达距离分辨率小于目标尺寸时，目标回波可能占有多个距离单元。这将严重影响雷达的检测概率。因此，距离扩展目标检测已成为高分辨率雷达研究的重要课题。在高分辨率雷达中，杂波不在服从高斯分布。所以低分辨率下的点源模型不再适用。针对高斯白噪声中的距离扩展目标检测问题，提出了一种考虑目标散射体密度的广义似然比(GLRT)检测器。Maio等人将距离扩展目标检测问题转化为多秩子空间目标信号检测问题。Yongchan Gao(Yongchan Gao,Hongbin Li,and BraharmHimed.Knowledge-Aided Ranged-spread Target Detection for Distributed MIMORadar in Nonhomogeneous Environments[J].IEEE Trans,Signal process,2017,65(3))等人提出了一种基于知识辅助的两步GLRT检测器，但是其计算耗时仍然很高。虽然距离目标检测的文献很多，但是利用贝叶斯方法的检测器研究文献目前没有。而且现存的距离扩展目标检测器计算耗时较久，算法复杂度较高。