一種多幀積累的非相干mimo雷達(dá)檢測和定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及非相干MMO雷達(dá)定位技術(shù)和雷達(dá) 微弱目標(biāo)檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，MHTO雷達(dá)作為一種新型雷達(dá)體制受到了越來越多的關(guān)注。非相干MMO雷 達(dá)由于其天線在空間中分隔較遠(yuǎn)，可以獲得空間分集增益。因此，非相干MMO雷達(dá)的高精 度定位問題引起了國內(nèi)外眾多學(xué)者的濃厚興趣。然而，由于各種不確定性因素的存在，非相 干MMO雷達(dá)的高精度定位變得更加富有挑戰(zhàn)性。現(xiàn)有的基于回波信號的信號級定位方法， 通常采用最大似然估計進(jìn)行目標(biāo)定位。但是這種方法僅僅利用目標(biāo)單幀的測量信息，對于 低信噪比條件下的微弱目標(biāo)，會出現(xiàn)定位誤差大、漏檢等問題。對于空間中的運(yùn)動目標(biāo)，根 據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動模型，實際上目標(biāo)相鄰幀的位置是高度相關(guān)的。
[0003] 動態(tài)規(guī)劃算法是一種在低信噪比環(huán)境下對微弱目標(biāo)進(jìn)行檢測跟蹤的技術(shù)。其在 單幀不做門限檢測，而是將單幀數(shù)據(jù)量化并存儲起來，對多幀回波數(shù)據(jù)聯(lián)合處理后，同時 宣布檢測結(jié)果與目標(biāo)的估計狀態(tài)。其易于實現(xiàn)且能夠處理弱機(jī)動性目標(biāo)，已被廣泛應(yīng)用 于雷達(dá)目標(biāo)檢測跟蹤領(lǐng)域。文獻(xiàn) "Noncoherent MIMOradar for location and velocity estimation:More antennas means betterperformance" 米用基于最大似然估計的信號 級定位方法估計目標(biāo)的位置和速度信息，但該方法只利用目標(biāo)當(dāng)前幀的空間信息，舍棄了 目標(biāo)過去幾幀位置估計中所包含的信息；文獻(xiàn)"Target localization and tracking in noncoherent multiple-input multiple-output radarsystems"分另Ij利用卡爾曼濾波算法 和粒子濾波算法實現(xiàn)了非相干Mnro雷達(dá)對目標(biāo)的定位和跟蹤。但是當(dāng)目標(biāo)處于低信噪比 環(huán)境中時，該方法的回波信號會被噪聲所淹沒，將出現(xiàn)微弱目標(biāo)的漏檢或者定位精度急劇 下降等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對【背景技術(shù)】的不足之處所要解決的技術(shù)問題是，提供一種多幀積累的非 相干MMO雷達(dá)檢測和定位方法，達(dá)到在低信噪比的環(huán)境下提高目標(biāo)檢測和定位精度的目 的。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種多幀積累的非相干MMO雷 達(dá)檢測和定位方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1、初始化系統(tǒng)參數(shù)包括：目標(biāo)附近搜索范圍對應(yīng)的數(shù)據(jù)平面大小、雷達(dá)發(fā)射 機(jī)和接收機(jī)的數(shù)量、各發(fā)射機(jī)接收機(jī)的位置、觀測間隔Τ、動態(tài)規(guī)劃處理總幀數(shù)Κ、門限V t;
[0007] 步驟2、接收到K幀回波信號，將數(shù)據(jù)平面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，計算每個網(wǎng)格內(nèi)各通道 的對數(shù)似然比函數(shù)，將每個網(wǎng)格各通道的對數(shù)似然比求和獲得聯(lián)合似然比，將聯(lián)合似然比 作為該網(wǎng)格的值函數(shù)；
[0008] 步驟3、根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移積累動態(tài)規(guī)劃值函數(shù)：
[0009] 如果k = 1幀，對該幀各網(wǎng)格對應(yīng)的值函數(shù)賦初值，該幀各網(wǎng)格的值函數(shù)初值為各 網(wǎng)格第一幀的聯(lián)合對數(shù)似然比；
[0010] 如果2彡k彡K幀，更新網(wǎng)格（i，j)對應(yīng)的值函數(shù)；假定第k幀網(wǎng)格（i，j)內(nèi)存 在一個目標(biāo)，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系確定第k_l幀所有可能轉(zhuǎn)移到0 k的區(qū)域，Θ k為第k幀目 標(biāo)的狀態(tài)，尋找該區(qū)域中值函數(shù)最大的網(wǎng)格并記錄該網(wǎng)格的坐標(biāo)，即狀態(tài)Θ k對應(yīng)的上一幀 狀態(tài)，然后將k-Ι幀中找出的值函數(shù)最大值與第k幀相同目標(biāo)所在網(wǎng)格的聯(lián)合對數(shù)似然比 值進(jìn)行疊加，將疊加后的值賦給第k幀相同目標(biāo)所在網(wǎng)格，以此更新第k幀每個網(wǎng)格的值函 數(shù)；
[0011] 步驟4、如果k〈K，令k = k+Ι，返回步驟2, k為幀數(shù)，K為總的量測幀數(shù)；
[0012] 步驟5、k = K幀，門限處理：
[0013] ^表示門限，對于第K幀，如果目標(biāo)值函數(shù)的最大值高于門限，則認(rèn)為該網(wǎng)格有目 標(biāo)存在；若目標(biāo)值函數(shù)的最大值均低于門限，則宣布未檢測到目標(biāo)，該門限根據(jù)實際情況設(shè) 定；
[0014] 步驟6、將步驟5認(rèn)定的目標(biāo)利用步驟3記錄的該目標(biāo)第K幀的目標(biāo)位置信息作為 對應(yīng)目標(biāo)的估計位置。
[0015] 本發(fā)明針對低信噪比環(huán)境下的微弱目標(biāo)，特點是利用目標(biāo)的運(yùn)動模型，單幀不做 門限處理，采用聯(lián)合對數(shù)似然比函數(shù)作為值函數(shù)，將連續(xù)幾幀的值函數(shù)根據(jù)目標(biāo)的狀態(tài)轉(zhuǎn) 移關(guān)系進(jìn)行多幀積累，充分利用目標(biāo)多幀的信息，對多幀數(shù)據(jù)聯(lián)合處理后同時宣布檢測結(jié) 果與目標(biāo)的估計位置。它有效解決了低信噪比環(huán)境下的微弱目標(biāo)可能出現(xiàn)的定位誤差大和 漏檢的問題，較現(xiàn)有的最大似然估計方法，可以獲得更好的檢測概率和更高的定位精度。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是，可以在低信噪比環(huán)境下，實現(xiàn)對微弱目標(biāo)的聯(lián)合檢測和定 位，獲得更好的檢測性能和更高的定位精度。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的流程框圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明積累不同幀數(shù)的檢測概率與最大似然估計的檢測概率的對比圖。
[0019] 圖3為本發(fā)明積累不同幀數(shù)的估計目標(biāo)位置的均方根誤差與現(xiàn)有的最大似然估 計的均方根誤差的對比圖。
【具體實施方式】
[0020] 本發(fā)明主要采用計算機(jī)仿真的方法進(jìn)行驗證，所有步驟、結(jié)論都在MATLAB-R2010b 上驗證正確。具體實施步驟如下：
[0021 ] 步驟1、初始化系統(tǒng)參數(shù)：
[0022] 初始化系統(tǒng)參數(shù)包括：目標(biāo)附近搜索范圍對應(yīng)的數(shù)據(jù)平面大小，雷達(dá)發(fā)射機(jī)個 數(shù)M，接收機(jī)個數(shù)N，各發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位置，各雷達(dá)發(fā)射機(jī)的發(fā)射信號波形S h (t)，h = 1，2,…M，動態(tài)規(guī)劃處理總幀數(shù)K，觀測間隔T，狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)q，判決門限VT。
[0023] 步驟2、得到K幀值函數(shù)平面：
[0024] 2. 1.對于每個網(wǎng)格點（X，y)，計算各通道的回波時延τ lk: CN 105137420 A 說明書 3/4 頁
[0025]
[0026] 其中，c為光速，Μ?:，分別為雷達(dá)各發(fā)射站、接收站的坐標(biāo)。
[0027] 2. 2.從雷達(dá)接收機(jī)中讀取第k幀的回波數(shù)據(jù)的量測值zk，
，
^ 表示第k幀回波數(shù)據(jù)的第Ih通道在網(wǎng)格點（i，j) 中的測量值，凡為x軸量化的單元總數(shù)，NySy軸量化的單元總數(shù)。有目標(biāo)時：
沒有目標(biāo)時：
辦
[0028] 2. 3.將測量值在時間上離散化，得到
，Ns為一 幀內(nèi)的采樣次數(shù)。
[0029] 2. 4.計算各網(wǎng)格點對應(yīng)的聯(lián)合對數(shù)似然比值：
[0030]
i表示有目標(biāo)時的似然函數(shù)，}表示沒 有目標(biāo)時#的似然函數(shù)。
[0031]
[0032] C是一個獨立于目標(biāo)狀態(tài)的常數(shù)。
[0033] 2.5.重復(fù)步驟2. 1至2. 4,直到遍歷K幀數(shù)據(jù)平面上所有網(wǎng)格點，得到K幀全數(shù)據(jù) 平面的對數(shù)似然比函數(shù)圖像。
[0034] 步驟3、根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移積累動態(tài)規(guī)劃值函數(shù)：
[0035] 如果k = 1幀，對該時刻目標(biāo)狀態(tài)對應(yīng)的值函數(shù)賦初值，該時刻目標(biāo)狀態(tài)的值函數(shù) 初值為目標(biāo)狀態(tài)對應(yīng)的第一幀對數(shù)似然比平面；
[0036] 如果2 < k < K幀，更新每個網(wǎng)格點對應(yīng)的值函數(shù)；
表示第k 幀的任一量化狀態(tài)，表示狀態(tài)民對應(yīng)的值函數(shù)，表示第k-i幀所有可能轉(zhuǎn)移 到9k的狀態(tài)集合，r(6;)可能存在的區(qū)域為（Xk+δ ^vx kiyk+S2-Vy,k)，其中δ δ 2的可能 取值范圍為
，運(yùn)算符b」表示向下取整，值函數(shù)的更新關(guān)系為
[0037] 步驟4、如果k〈K，令k = k+Ι，返回步驟3, k為幀數(shù)，K為總的處理幀數(shù)。
[0038] 步驟5、k = K幀，門限處理：
[0039] ^表示門限，對于第K幀，如果目標(biāo)值函數(shù)的最大值高于門限，則認(rèn)為該網(wǎng)格點有 目標(biāo)存在；若目標(biāo)的值函數(shù)均低于門限，則宣布未檢測到目標(biāo)。
[0040] 步驟6、將步驟5認(rèn)定的目標(biāo)利用步驟3記錄的該目標(biāo)第K幀的目標(biāo)位置信息作為 對應(yīng)目標(biāo)的估計位置。
【主權(quán)項】
i. 一種多幀積累的非相干Mnro雷達(dá)檢測和定位方法，包括以下步驟： 步驟1、初始化系統(tǒng)參數(shù)包括：目標(biāo)附近搜索范圍對應(yīng)的數(shù)據(jù)平面大小、雷達(dá)發(fā)射機(jī)和 接收機(jī)的數(shù)量、各發(fā)射機(jī)接收機(jī)的位置、觀測間隔t、動態(tài)規(guī)劃處理總幀數(shù)K、門限vT; 步驟2、接收到K幀回波信號，將數(shù)據(jù)平面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，計算每個網(wǎng)格內(nèi)各通道的對 數(shù)似然比函數(shù)，將每個網(wǎng)格各通道的對數(shù)似然比求和獲得聯(lián)合似然比，將聯(lián)合似然比作為 該網(wǎng)格的值函數(shù)； 步驟3、根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移積累動態(tài)規(guī)劃值函數(shù)： 如果k = 1幀，對該幀各網(wǎng)格對應(yīng)的值函數(shù)賦初值，該幀各網(wǎng)格的值函數(shù)初值為各網(wǎng)格 第一幀的聯(lián)合對數(shù)似然比； 如果2 < k < K幀，更新網(wǎng)格（i，j)對應(yīng)的值函數(shù)；假定第k幀網(wǎng)格（i，j)內(nèi)存在一個 目標(biāo)，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系確定第k-1幀所有可能轉(zhuǎn)移到0,的區(qū)域，0 k為第k幀目標(biāo)的狀 態(tài)，尋找該區(qū)域中值函數(shù)最大的網(wǎng)格并記錄該網(wǎng)格的坐標(biāo)，即狀態(tài)9 k對應(yīng)的上一幀狀態(tài)， 然后將k-1幀中找出的值函數(shù)最大值與第k幀相同目標(biāo)所在網(wǎng)格的聯(lián)合對數(shù)似然比值進(jìn)行 疊加，將疊加后的值賦給第k幀相同目標(biāo)所在網(wǎng)格，以此更新第k幀每個網(wǎng)格的值函數(shù)； 步驟4、如果k〈K，令k = k+1，返回步驟2, k為幀數(shù)，K為總的量測幀數(shù)； 步驟5、k = K幀，門限處理： ^表示門限，對于第K幀，如果目標(biāo)值函數(shù)的最大值高于門限，則認(rèn)為該網(wǎng)格有目標(biāo)存 在；若目標(biāo)值函數(shù)的最大值均低于門限，則宣布未檢測到目標(biāo)，該門限根據(jù)實際情況設(shè)定； 步驟6、將步驟5認(rèn)定的目標(biāo)利用步驟3記錄的該目標(biāo)第K幀的目標(biāo)位置信息作為對應(yīng) 目標(biāo)的估計位置。
【專利摘要】該發(fā)明公開了一種多幀積累的非相干MIMO雷達(dá)檢測和定位方法，屬于雷達(dá)信號處理技術(shù)領(lǐng)域。該方法針對低信噪比環(huán)境下的微弱目標(biāo)，單幀不做門限處理，采用聯(lián)合對數(shù)似然比函數(shù)作為值函數(shù)，將連續(xù)幾幀的值函數(shù)根據(jù)目標(biāo)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系進(jìn)行多幀積累，充分利用目標(biāo)多幀的信息，對多幀數(shù)據(jù)聯(lián)合處理后同時宣布檢測結(jié)果與目標(biāo)的估計位置。它有效解決了低信噪比環(huán)境下的微弱目標(biāo)可能出現(xiàn)的定位誤差大和漏檢的問題，較現(xiàn)有的最大似然估計方法，可以獲得更好的檢測概率和更高的定位精度。
【IPC分類】G01S13/72
【公開號】CN105137420
【申請?zhí)枴緾N201510569900
【發(fā)明人】易偉, 張紫薇, 楊東超, 王經(jīng)鶴, 崔國龍, 孔令講, 楊建宇, 劉加歡, 鄭華堃
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月9日