本發(fā)明屬于目標(biāo)探測(cè)與信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多個(gè)異構(gòu)衛(wèi)星下基于glrt的目標(biāo)探測(cè)方法。

背景技術(shù)：

針對(duì)基于傳統(tǒng)的時(shí)頻二維相干檢測(cè)方法對(duì)參考通道噪聲敏感的問題，現(xiàn)有方法通過基于廣義似然比的檢測(cè)方法達(dá)到了微弱回波檢測(cè)的目的，然而這種檢測(cè)方法都是在單個(gè)輻射源場(chǎng)景下進(jìn)行建模分析的，不適合在實(shí)際環(huán)境下多個(gè)衛(wèi)星輻射源場(chǎng)景下的目標(biāo)探測(cè)。d.e.hack,l.k.patton,b.himed等人通過將接收信號(hào)建模成確定的信號(hào)但是信號(hào)參數(shù)未知，推導(dǎo)了噪聲方差已知的無源多基地探測(cè)的廣義似然比檢測(cè)器，但是實(shí)際場(chǎng)景中噪聲方差一般是未知的，與實(shí)際場(chǎng)景不符。(d.e.hack,l.k.patton,b.himed,andm.a.saville,“ontheapplicabilityofsourcelocalizationtechniquestopassivemultistateradar,”inproceedingsof46asilomarconferenceonsignals,systemsandcomputers,pacificgrove,ca,usa,november2012,pp.848–852)。cuig,liuj,lih等人推導(dǎo)了參考通道的參考信號(hào)被噪聲污染時(shí)的廣義似然比檢測(cè)器，但是適用場(chǎng)景是單輻射源，檢測(cè)可靠性較低。(cuig,liuj,lih,etal.targetdetectionforpassiveradarwithnoisyreferencechannel[c].ieeeradarconference.ieee,2014:0144-0148)。a.zaimbashi,m.derakhtian等人推導(dǎo)了基于廣義似然比的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量的表達(dá)式，也推導(dǎo)了虛警概率和檢測(cè)概率，但適用場(chǎng)景是單個(gè)外輻射源，不適用于多個(gè)輻射源下的目標(biāo)探測(cè)。(a.zaimbashi,m.derakhtian,anda.sheikhi,“glrt-basedcfardetectioninpassivebistaticradar,”ieeetrans.aerosp.electron.syst.,vol.49,no.1,pp.134–159,jan.2013)。liuj,lih,himedb等人推導(dǎo)了監(jiān)測(cè)通道有多個(gè)接收機(jī)時(shí)的廣義似然比檢測(cè)的表達(dá)式，并給出了檢測(cè)概率和虛警概率表達(dá)式，但是沒有考慮到干擾目標(biāo)對(duì)真正目標(biāo)的影響。(liuj,lih,himedb.twotargetdetectionalgorithmsforpassivemultistaticradar[j].ieeetransactionsonsignalprocessing,2014,62(22):5930-5939)。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：傳統(tǒng)的時(shí)頻二維相干檢測(cè)方法存在與實(shí)際場(chǎng)景不符，檢測(cè)可靠性較低，不適用于多個(gè)輻射源下的目標(biāo)探測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種多個(gè)異構(gòu)衛(wèi)星下基于glrt的目標(biāo)探測(cè)方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種多個(gè)異構(gòu)衛(wèi)星下基于glrt的目標(biāo)探測(cè)方法，所述多個(gè)異構(gòu)衛(wèi)星下基于glrt的目標(biāo)探測(cè)方法包括：參考通道和監(jiān)測(cè)通道的接收信號(hào)建模，將參考通道信號(hào)分離，代入到監(jiān)測(cè)通道信號(hào)中；根據(jù)監(jiān)測(cè)通道的接收信號(hào)建立二元假設(shè)，并給出兩個(gè)假設(shè)下的信號(hào)的概率密度函數(shù)；根據(jù)兩個(gè)概率密度函數(shù)分別用最大似然估計(jì)方法估計(jì)兩個(gè)假設(shè)下的未知參數(shù)的最大似然估計(jì)；根據(jù)未知參數(shù)的最大似然估計(jì)得出基于廣義似然比的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，得到檢測(cè)器；根據(jù)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量的概率分布得到檢測(cè)器的最佳檢測(cè)門限，進(jìn)行判決，檢測(cè)目標(biāo)。

進(jìn)一步，所述多個(gè)異構(gòu)衛(wèi)星下基于glrt的目標(biāo)探測(cè)方法包括以下步驟：

步驟一，將參考通道的多個(gè)直達(dá)波信號(hào)分離，并作為本地參考信號(hào)；

步驟二，根據(jù)本地參考信號(hào)和監(jiān)測(cè)通道的信號(hào)建立二元假設(shè)模型以及在兩個(gè)假設(shè)下信號(hào)的概率密度函數(shù)；

步驟三，利用最大似然估計(jì)方法估計(jì)出兩個(gè)假設(shè)下當(dāng)噪聲方差已知時(shí)的未知參數(shù)αη，cη,k，當(dāng)噪聲方差未知時(shí)未知參數(shù)αη，cη,k，σ²和當(dāng)噪聲方差未知并存在干擾目標(biāo)時(shí)的未知參數(shù)αη，cη,k，σ²；

步驟四，構(gòu)造三種情況下基于廣義似然比的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量；

步驟五，設(shè)置三種情況下的檢測(cè)門限，并與三種情況下的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行比較判決，檢測(cè)出目標(biāo)。

進(jìn)一步，所述步驟一通道的信號(hào)表示為：

其中n＝0,1,…n-1,m表示衛(wèi)星的個(gè)數(shù)，p是單個(gè)衛(wèi)星信號(hào)下的多徑的徑數(shù)，nη,ωη,αη分別是回波信號(hào)的時(shí)延、多普勒頻移、幅度，當(dāng)k＝1時(shí)，cη,k是直達(dá)波信號(hào)的幅度，當(dāng)k＝2,3,…,p時(shí)，是多徑信號(hào)的多普勒頻移，時(shí)延，幅度，k表示干擾目標(biāo)的個(gè)數(shù)，分別表示干擾回波信號(hào)的多普勒頻移，時(shí)延，幅度，ns(t)是高斯白噪聲。

進(jìn)一步，所述步驟二中：

二元假設(shè)模型表示為:

h0下的x[n]的概率密度函數(shù)為：

h1下的x[n]的概率密度函數(shù)為：

進(jìn)一步，所述步驟三當(dāng)噪聲方差已知時(shí)的未知參數(shù)數(shù)αη，cη,k的最大似然估計(jì)如下：

h0下的未知參數(shù)的最大似然估計(jì)為：

其中表示的是假設(shè)h0下的第η個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的第k個(gè)多徑的幅度cη,k的估計(jì)值，其中k＝1表示的是對(duì)應(yīng)于該衛(wèi)星的直達(dá)波信號(hào)的幅度的估計(jì)值；

rc表示多徑信號(hào)的相關(guān)，rc是p*p的矩陣，[rc]sk是rc的元素，表示為：

rxc表示監(jiān)測(cè)通道中的接收信號(hào)和直達(dá)波以及多徑信號(hào)在處的相關(guān)，[rxc]是p*m的矩陣,表示[rxc]qs的元素，表示為：

h1下的未知參數(shù)的最大似然估計(jì)為：

其中表示的是假設(shè)h1下的第η個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的第k個(gè)多徑的幅度cη,k的估計(jì)值，其中k＝1表示的是對(duì)應(yīng)于該衛(wèi)星的直達(dá)波信號(hào)的幅度的估計(jì)值，表示的是第m個(gè)回波信號(hào)幅度αm的估計(jì)。rss表示回波之間的自相關(guān)，[rss]是m*m的矩陣,[rss]rη表示rss的元素，表示為：

rsc表示多徑和回波的相關(guān)，[rsc]是m*m的矩陣,[rsc]qη表示rsc的元素，表示為：

rxs表示監(jiān)測(cè)通道接收信號(hào)的各個(gè)目標(biāo)回波信號(hào)在(nr,ωr)處的互相關(guān),[rxs]是m*1的向量,[rxs]r表示rxs的元素，表示為：

當(dāng)噪聲方差未知時(shí)的未知參數(shù)αη，cη,k，σ²的最大似然估計(jì)如下：

αη，cη,k的最大似然估計(jì)與噪聲方差已知時(shí)的未知參數(shù)αη，cη,k的最大似然估計(jì)一致；

假設(shè)h1下，噪聲方差的最大似然估計(jì)為：

h0下的噪聲方差的最大似然估計(jì)為：

當(dāng)噪聲方差未知并存在干擾目標(biāo)時(shí)的未知參數(shù)αη，cη,k，σ²的最大似然估計(jì)如下：

未知參數(shù)的最大似然估計(jì)與前面的方法原理類似，假設(shè)h0下的未知參數(shù)如下：

假設(shè)h1下的未知參數(shù)如下：

其中，表示假設(shè)hi下的未知參數(shù)的估計(jì)，表示的是假設(shè)hi下的第b個(gè)干擾回波幅度的估計(jì)值；

rts表示干擾目標(biāo)回波信號(hào)在和待檢測(cè)回波在(nη,ωη)的相關(guān),[rts]是m*k的向量,[rts]mr表示rts的元素，表示為：

rtc表示干擾目標(biāo)回波在(nη,ωη)和多徑信號(hào)在(nq,s,ωq,s)之間的相關(guān),[rtc]是k*p的向量,[rtc]sm是rtc的元素，表示為：

rxt表示接收信號(hào)和干擾目標(biāo)回波信號(hào)在的相關(guān),[rxt]是k*1的向量,[rxt]f是rxt的元素，表示為：

rtt表示干擾目標(biāo)回波的相關(guān),[rtt]是k*k的向量,[rtt]fm是rtt的元素，為：

兩個(gè)假設(shè)下噪聲方差的最大似然估計(jì)分別為：

進(jìn)一步，所述步驟四中，構(gòu)造三種情況下基于廣義似然比的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量為：當(dāng)噪聲方差已知時(shí)的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量：

當(dāng)噪聲方差未知時(shí)的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量：

其中ξ,ξ′,ηk分別是三種情況下的檢測(cè)門限。

進(jìn)一步，所述步驟五中：

當(dāng)噪聲方差已知時(shí)的檢測(cè)器的判決門限ψ為：

當(dāng)噪聲方差未知時(shí)的檢測(cè)器判決門限ψ為：

當(dāng)噪聲方差未知且存在干擾目標(biāo)時(shí)的檢測(cè)器的判決門限ψ為：

其中，是中心卡方分布的右尾概率，pfa是虛警概率。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行2000次蒙特卡洛實(shí)驗(yàn)仿真，得到圖2的檢測(cè)性能，證明本發(fā)明能夠有效地實(shí)現(xiàn)在多個(gè)異構(gòu)衛(wèi)星輻射源下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的探測(cè)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的多個(gè)異構(gòu)衛(wèi)星下基于glrt的目標(biāo)探測(cè)方法流程圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的在不同情況下的目標(biāo)探測(cè)性能對(duì)比示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的多個(gè)異構(gòu)衛(wèi)星下基于glrt的目標(biāo)探測(cè)方法包括以下步驟：

s101：參考通道和監(jiān)測(cè)通道的接收信號(hào)建模，將參考通道信號(hào)分離，代入到監(jiān)測(cè)通道信號(hào)中；

s102：根據(jù)監(jiān)測(cè)通道的接收信號(hào)建立二元假設(shè)，并給出兩個(gè)假設(shè)下的信號(hào)的概率密度函數(shù)；

s103：根據(jù)兩個(gè)概率密度函數(shù)分別用最大似然估計(jì)方法估計(jì)兩個(gè)假設(shè)下的未知參數(shù)的最大似然估計(jì)；

s104：根據(jù)未知參數(shù)的最大似然估計(jì)得出基于廣義似然比的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，得到檢測(cè)器；

s105：根據(jù)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量的概率分布得到檢測(cè)器的最佳檢測(cè)門限，進(jìn)行判決，檢測(cè)目標(biāo)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的多個(gè)異構(gòu)衛(wèi)星下基于glrt的目標(biāo)探測(cè)方法具體包括以下步驟：

步驟一，將參考通道的多個(gè)直達(dá)波信號(hào)分離，并作為本地參考信號(hào)；

步驟二，根據(jù)本地參考信號(hào)和監(jiān)測(cè)通道的信號(hào)建立二元假設(shè)模型以及在兩個(gè)假設(shè)下信號(hào)的概率密度函數(shù)；

步驟三，利用最大似然估計(jì)方法估計(jì)出兩個(gè)假設(shè)下當(dāng)噪聲方差已知時(shí)的未知參數(shù)αη，cη,k，當(dāng)噪聲方差未知時(shí)未知參數(shù)αη，cη,k，σ²和當(dāng)噪聲方差未知并存在干擾目標(biāo)時(shí)的未知參數(shù)αη，cη,k，σ²；

步驟四，構(gòu)造三種情況下基于廣義似然比的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量；

步驟五，設(shè)置三種情況下的檢測(cè)門限，并與三種情況下的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行比較判決，從而檢測(cè)出目標(biāo)。

步驟一中，將參考通道的多個(gè)直達(dá)波信號(hào)分離，并作為本地參考信號(hào)按以下進(jìn)行：

參考通道信號(hào)z(t)的表達(dá)式為：

其中，lη是參考通道直達(dá)波信號(hào)的幅度，nr(t)是參考通道的噪聲，m是衛(wèi)星輻射源的個(gè)數(shù)。

由于參考通道接收的是多個(gè)不同衛(wèi)星的直達(dá)波信號(hào)，所以直達(dá)波信號(hào)是不同頻的，可以設(shè)計(jì)帶通濾波器對(duì)直達(dá)波信號(hào)進(jìn)行分離，經(jīng)過帶通濾波器分離以后，參考通道中的信號(hào)可以表示為：

yη(t)＝bηsη(t)+nη(t)0≤t＜tη＝1,2…m；

其中，bη是參考通道直達(dá)波信號(hào)的幅度，nη(t)是分離之后的單個(gè)直達(dá)波信號(hào)中的噪聲。

監(jiān)測(cè)通道的信號(hào)表示為：

其中n＝0,1,…n-1,m表示衛(wèi)星的個(gè)數(shù)，p是單個(gè)衛(wèi)星信號(hào)下的多徑的徑數(shù)，nη,ωη,αη分別是回波信號(hào)的時(shí)延、多普勒頻移、幅度，當(dāng)k＝1時(shí)，cη,k是直達(dá)波信號(hào)的幅度，當(dāng)k＝2,3,…,p時(shí)，是多徑信號(hào)的多普勒頻移，時(shí)延，幅度，k表示干擾目標(biāo)的個(gè)數(shù)，分別表示干擾回波信號(hào)的多普勒頻移，時(shí)延，幅度，ns(t)是高斯白噪聲。

步驟二中，根據(jù)本地參考信號(hào)和監(jiān)測(cè)通道的信號(hào)建立二元假設(shè)模型以及在兩個(gè)假設(shè)下信號(hào)的概率密度函數(shù)按以下進(jìn)行：

二元假設(shè)模型表示為:

假設(shè)h0下的x[n]的概率密度函數(shù)為：

假設(shè)h1下的x[n]的概率密度函數(shù)為：

步驟三中，所述利用最大似然估計(jì)方法估計(jì)出兩個(gè)假設(shè)下當(dāng)噪聲方差已知時(shí)的未知參數(shù)αη，cη,k，當(dāng)噪聲方差未知時(shí)未知參數(shù)αη，cη,k，σ²和當(dāng)噪聲方差未知并存在干擾目標(biāo)時(shí)的未知參數(shù)αη，cη,k，σ²按以下進(jìn)行：

當(dāng)噪聲方差已知時(shí)的未知參數(shù)數(shù)αη，cη,k的最大似然估計(jì)如下：

h0下的未知參數(shù)的最大似然估計(jì)為：

其中表示的是假設(shè)h0下的第η個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的第k個(gè)多徑的幅度cη,k的估計(jì)值，其中k＝1表示的是對(duì)應(yīng)于該衛(wèi)星的直達(dá)波信號(hào)的幅度的估計(jì)值。

rc表示多徑信號(hào)的相關(guān)，rc是p*p的矩陣，[rc]sk是rc的元素，表示為：

rxc表示監(jiān)測(cè)通道中的接收信號(hào)和直達(dá)波以及多徑信號(hào)在處的相關(guān)，[rxc]是p*m的矩陣,表示[rxc]qs的元素，表示為：

h1下的未知參數(shù)的最大似然估計(jì)為：

其中表示的是假設(shè)h1下的第η個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的第k個(gè)多徑的幅度cη,k的估計(jì)值，其中k＝1表示的是對(duì)應(yīng)于該衛(wèi)星的直達(dá)波信號(hào)的幅度的估計(jì)值，表示的是第m個(gè)回波信號(hào)幅度αm的估計(jì)。rss表示回波之間的自相關(guān)，[rss]是m*m的矩陣,[rss]rη表示rss的元素，表示為：

rsc表示多徑和回波的相關(guān)，[rsc]是m*m的矩陣,[rsc]qη表示rsc的元素，表示為：

rxs表示監(jiān)測(cè)通道接收信號(hào)的各個(gè)目標(biāo)回波信號(hào)在(nr,ωr)處的互相關(guān),[rxs]是m*1的向量,[rxs]r表示rxs的元素，表示為：

當(dāng)噪聲方差未知時(shí)的未知參數(shù)αη，cη,k，σ²的最大似然估計(jì)如下：

αη，cη,k的最大似然估計(jì)與噪聲方差已知時(shí)的未知參數(shù)αη，cη,k的最大似然估計(jì)一致。

假設(shè)h1下，噪聲方差的最大似然估計(jì)為：

h0下的噪聲方差的最大似然估計(jì)為：

當(dāng)噪聲方差未知并存在干擾目標(biāo)時(shí)的未知參數(shù)αη，cη,k，σ²的最大似然估計(jì)如下：

未知參數(shù)的最大似然估計(jì)與前面的方法原理類似，假設(shè)h0下的未知參數(shù)如下：

假設(shè)h1下的未知參數(shù)如下：

其中，表示假設(shè)hi下的未知參數(shù)的估計(jì)，表示的是假設(shè)hi下的第b個(gè)干擾回波幅度的估計(jì)值。

rts表示干擾目標(biāo)回波信號(hào)在和待檢測(cè)回波在(nη,ωη)的相關(guān),[rts]是m*k的向量,[rts]mr表示rts的元素，表示為：

rtc表示干擾目標(biāo)回波在(nη,ωη)和多徑信號(hào)在(nq,s,ωq,s)之間的相關(guān),[rtc]是k*p的向量,[rtc]sm是rtc的元素，表示為：

rxt表示接收信號(hào)和干擾目標(biāo)回波信號(hào)在的相關(guān),[rxt]是k*1的向量,[rxt]f是rxt的元素，表示為：

rtt表示干擾目標(biāo)回波的相關(guān),[rtt]是k*k的向量,[rtt]fm是rtt的元素，為：

兩個(gè)假設(shè)下噪聲方差的最大似然估計(jì)分別為：

步驟四中，構(gòu)造三種情況下基于廣義似然比的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量按以下進(jìn)行：

當(dāng)噪聲方差已知時(shí)的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量：

當(dāng)噪聲方差未知時(shí)的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量：

其中ξ,ξ′,ηk分別是三種情況下的檢測(cè)門限。

步驟五中，設(shè)置三種情況下的檢測(cè)門限，并與三種情況下的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行比較判決，從而檢測(cè)出目標(biāo)按以下進(jìn)行：當(dāng)噪聲方差已知時(shí)的檢測(cè)器的判決門限ψ為：

當(dāng)噪聲方差未知時(shí)的檢測(cè)器判決門限ψ為：

當(dāng)噪聲方差未知且存在干擾目標(biāo)時(shí)的檢測(cè)器的判決門限ψ為：

其中，是中心卡方分布的右尾概率，pfa是虛警概率。

下面結(jié)合仿真對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用效果作詳細(xì)的描述。

仿真實(shí)驗(yàn)：對(duì)上述三種情況下的基于廣義似然比的回波檢測(cè)性能進(jìn)行仿真驗(yàn)證，采用gps,dvb-s，inmarsat三個(gè)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。其中三個(gè)信號(hào)的載波頻率分別為：fg＝1.57ghz,fd＝12.38ghz,fi＝4.2ghz，假設(shè)三個(gè)回波信號(hào)的時(shí)延分別為1μs,2μs,3μs，多普勒頻移分別為100hz,150hz,200hz，三個(gè)信號(hào)直達(dá)波的強(qiáng)度依次為：-130.1dbw-111.83dbw,-120.61dbw，直達(dá)波與其對(duì)應(yīng)的回波功率差為40db，采樣點(diǎn)數(shù)為10⁵，用matlab進(jìn)行仿真。對(duì)上述參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行2000次蒙特卡洛實(shí)驗(yàn)仿真，得到圖2的檢測(cè)性能。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。