不同環(huán)境下目標(biāo)的極化匹配檢測理論和技術(shù)研究.pdf

1、不同環(huán)境中的目標(biāo)檢測問題是雷達(dá)、聲吶和導(dǎo)航等領(lǐng)域中的基本問題之一。在對抗性活動(dòng)中，隨著隱身材料和隱身技術(shù)的使用，被檢測目標(biāo)的雷達(dá)截面積(RCS)變小，目標(biāo)回波減弱，信噪比降低，嚴(yán)重影響了檢測系統(tǒng)的檢測能力。對不同極化的入射波，目標(biāo)具有不同的響應(yīng)，通過對極化方式的有效選擇可以實(shí)現(xiàn)入射波與目標(biāo)極化特性的有效匹配，從而增強(qiáng)目標(biāo)回波，提高系統(tǒng)的檢測能力。
　　本文針對部分均勻噪聲環(huán)境、非均勻噪聲環(huán)境以及子空間雜波環(huán)境中的確定目標(biāo)檢測問題和

2、隨機(jī)目標(biāo)檢測問題進(jìn)行了深入的研究，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的檢測器。在此基礎(chǔ)上，通過對檢測器檢測性能的理論分析，利用極化匹配技術(shù)，設(shè)計(jì)了極化匹配檢測器，進(jìn)一步提高了檢測器的檢測能力。主要研究內(nèi)容包括：
　　1快速極化匹配方法
　　相干情形下，天線的極化接收功率(PRP)由電磁波的2×1維Jones矢量和目標(biāo)的Sinclair矩陣描述，根據(jù)瑞利熵準(zhǔn)則，求出最大極化功率及其對應(yīng)的匹配(最優(yōu))極化方向。非相干情形下，天線的PRP由電磁波的4×1

3、維Stokes矢量和目標(biāo)的Kennaugh矩陣進(jìn)行描述。針對此情形，分別研究了收發(fā)同極化約束情況下和收發(fā)極化無約束情況下的快速極化匹配方法。對收發(fā)同極化約束情況，提出了一種基于二分搜索策略的拉格朗日方法(LMBS)，該方法在求得拉格朗日算子所在區(qū)間的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用二分策略對區(qū)間進(jìn)行搜索，實(shí)現(xiàn)了快速極化匹配，有效提高了匹配速度。針對收發(fā)極化無約束的情況，提出了一種快速子區(qū)域搜索方法(FSSM)，該方法通過空間映射理論，將搜索區(qū)域縮小到

4、一個(gè)更小的子區(qū)域內(nèi)，有效減少了極化匹配的搜索點(diǎn)數(shù)，加快了極化匹配速度，理論證明，該子區(qū)域的面積約為全局區(qū)域面積的四分之一。
　　2極化匹配檢測方法
　　針對部分均勻噪聲環(huán)境中的目標(biāo)檢測問題，設(shè)計(jì)了一種基于部分均勻噪聲環(huán)境的自適應(yīng)匹配檢測器(PH-AMD)。PH-AMD首先假設(shè)噪聲尺度參數(shù)κ和噪聲協(xié)方差矩陣R已知，然后基于廣義似然比(GLRT)準(zhǔn)則，對目標(biāo)x進(jìn)行估計(jì)，之后通過輔助數(shù)據(jù)估計(jì)R，通過輔助數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)估計(jì)κ，并利用

5、這些估計(jì)值構(gòu)造了PH-AMD的統(tǒng)計(jì)檢測量。針對確定目標(biāo)和隨機(jī)目標(biāo)的檢測問題，分析了PH-AMD的理論檢測性能，證明PH-AMD具有恒虛警(CFAR)特性。與現(xiàn)有檢測器相比，PH-AMD具有更高的檢測性能。對理論檢測概率的分析表明，檢測概率正比于參量μ，而參量μ受電磁波極化波形調(diào)制。通過極化匹配技術(shù)，使電磁波極化與目標(biāo)極化散射特性匹配，提高檢測器對確定目標(biāo)和隨機(jī)目標(biāo)的檢測能力。實(shí)驗(yàn)表明，極化匹配技術(shù)的使用使PH-AMD獲得了1 dB?5

6、dB的處理增益。
　　針對非均勻噪聲環(huán)境中的目標(biāo)檢測問題，設(shè)計(jì)了基于非均勻環(huán)境的自適應(yīng)匹配檢測器(IH-AMD)和單步廣義似然比檢測器(1S-GLRT)。IH-AMD的設(shè)計(jì)原理與PH-AMD相同。1S-GLRT的設(shè)計(jì)基于對量測數(shù)據(jù)的概率密度函數(shù)(PDF) fy(y)的求取。首先通過噪聲紋理參數(shù)κ的PDF fIG(κ,α,β)和條件PDF fy(y|κ)求得fy(y)，在此基礎(chǔ)上，基于GLRT準(zhǔn)則，估計(jì)目標(biāo)x，并通過輔助數(shù)據(jù)估計(jì)R，

7、并利用這些估計(jì)值構(gòu)造了1S-GLRT的統(tǒng)計(jì)檢測量。針對確定目標(biāo)和隨機(jī)目標(biāo)，分別分析了IH-AMD和1S-GLRT的理論檢測性能。結(jié)果顯示， IH-AMD具有CFAR特性；對1S-GLRT，只有當(dāng)噪聲尺度參數(shù)β足夠大時(shí)，它才具有近似CFAR特性。與現(xiàn)有方法相比，IH-AMD和1S-GLRT具有更高的檢測性能。理論檢測結(jié)果顯示，IH-AMD和1S-GLRT的檢測概率皆正比于參量μ。通過極化匹配技術(shù)，使電磁波極化與目標(biāo)極化散射特性匹配，提高檢

8、測器對確定目標(biāo)和隨機(jī)目標(biāo)的檢測能力。實(shí)驗(yàn)表明，極化匹配技術(shù)的使用使檢測器獲得了0 dB?5 dB的處理增益。
　　針對子空間雜波環(huán)境中的目標(biāo)檢測問題，設(shè)計(jì)了一種依賴于系統(tǒng)的雜波環(huán)境中的自適應(yīng)子空間檢測器(SDC-ASD)。該檢測器基于GLRT準(zhǔn)則，利用雜波的子空間特性，通過分別處理雜波和噪聲，獲得了處理增益。針對確定目標(biāo)和隨機(jī)目標(biāo)的檢測問題，詳細(xì)分析了SDC-ASD的理論檢測性能。與現(xiàn)有檢測器比較， SDC-ASD始終具有更高的檢