本發(fā)明涉及雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于信息熵的多雷達(dá)混合檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

多雷達(dá)檢測(cè)是利用空間分布的多部雷達(dá)，每部雷達(dá)不僅接收自己發(fā)射信號(hào)的回波，并且接收其它雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的回波，從而獲得不同方向相互獨(dú)立的目標(biāo)回波信號(hào)來(lái)抑制雷達(dá)目標(biāo)空間起伏造成的檢測(cè)性能的不穩(wěn)定性。

在多雷達(dá)檢測(cè)中，常用的一種檢測(cè)方法是平方律檢測(cè)法，當(dāng)各通道的信噪比(SNR)相同時(shí)，平方律非相參積累檢測(cè)器具有最優(yōu)的檢測(cè)效果。然而，在目標(biāo)各向散射截面積不同、各雷達(dá)與目標(biāo)距離不同等因素的影響下，各個(gè)通道的回波SNR將不同。在各通道SNR方差大時(shí)，平方律檢測(cè)器性能將惡化，從而影響檢測(cè)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于信息熵的多雷達(dá)混合檢測(cè)方法，將信息熵檢測(cè)和平方律檢測(cè)相結(jié)合，可以在不同通道SNR差異下都能很好的檢測(cè)目標(biāo)，大大提高多雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)性能。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于信息熵的多雷達(dá)混合檢測(cè)方法，包括：

S1、將多部雷達(dá)形成的多通道回波進(jìn)行平方律檢波，得到檢波后的信號(hào)；

S2、根據(jù)檢波后的信號(hào)，進(jìn)行平方律檢測(cè)，得到第一檢測(cè)結(jié)果；并根據(jù)檢波后的信號(hào)進(jìn)行信息熵檢測(cè)，得到第二檢測(cè)結(jié)果；

S3、根據(jù)所述第一檢測(cè)結(jié)果和第二檢測(cè)結(jié)果，判斷目標(biāo)是否存在。

其中，所述步驟S1具體為：

設(shè)定多部雷達(dá)形成的目標(biāo)回波通道數(shù)為L(zhǎng)，則在k時(shí)刻L個(gè)通道回波數(shù)據(jù)組成向量為：

x(k)＝[x₁(k) x₂(k)…x_L(k)]

進(jìn)行平方律檢波后，L個(gè)通道的數(shù)據(jù)向量為：

x_s(k)＝[|x₁(k)|² |x₂(k)|²…|x_L(k)|²]；

其中，x_l(k)為k時(shí)刻第l個(gè)通道的回波向量。

其中，所述步驟S2中，根據(jù)檢波后的信號(hào)進(jìn)行信息熵檢測(cè)，得到第二檢測(cè)結(jié)果，具體包括：

S21、根據(jù)預(yù)設(shè)的虛警概率確定檢測(cè)門限T_H；

S22、根據(jù)檢波后的信號(hào)，計(jì)算時(shí)刻k的基于信息熵的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量T_k：

其中，p_l(k)為回波功率分布，且

S23、比較檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量T_k與檢測(cè)門限T_H的大小，判斷目標(biāo)是否存在，當(dāng)所述檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量小于門限值時(shí)，則判為存在目標(biāo)；反之，則不存在目標(biāo)，即

其中，u₂為第二檢測(cè)結(jié)果。

其中，所述S3具體為：

當(dāng)判斷所述第一檢測(cè)結(jié)果或第二檢測(cè)結(jié)果至少一個(gè)為檢測(cè)到目標(biāo)存在時(shí)，則判斷目標(biāo)存在；

當(dāng)判斷所述第一檢測(cè)結(jié)果和第二檢測(cè)結(jié)果都為檢測(cè)目標(biāo)不存在時(shí)，則判斷目標(biāo)不存在。

本發(fā)明的基于信息熵的多雷達(dá)混合檢測(cè)方法，結(jié)合多雷達(dá)信息熵檢測(cè)和平方律檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，在多通道回波SNR差異大時(shí)，信息熵檢測(cè)具有很好的檢測(cè)效果；SNR差異小時(shí)，平方律檢測(cè)具有很好的檢測(cè)效果，從而，在不同通道SNR差異下都能很好的檢測(cè)目標(biāo)，大大提高多雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)性能。

附圖說(shuō)明

圖1示出了本發(fā)明的基于信息熵的多雷達(dá)混合檢測(cè)方法的流程圖；

圖2示出了本法明的一個(gè)實(shí)施例的有無(wú)目標(biāo)時(shí)信息熵的仿真結(jié)果示意圖；

圖3示出了本發(fā)明的基于信息熵的多雷達(dá)混合檢測(cè)方法的仿真場(chǎng)景示意圖；

圖4示出了多通道SNR比例I時(shí)不同檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果對(duì)比示意圖；

圖5示出了本發(fā)明在多通道SNR比例II時(shí)不同檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果對(duì)比示意圖；

圖6示出了本發(fā)明在多通道SNR比例III時(shí)不同檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果對(duì)比示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明提出的基于信息熵的多雷達(dá)混合檢測(cè)方法，多通道回波信號(hào)分別經(jīng)過(guò)平方律檢測(cè)和信息熵檢測(cè)，輸出檢測(cè)結(jié)果經(jīng)由“或”判決準(zhǔn)則作出有無(wú)目標(biāo)的判決，當(dāng)平方律檢測(cè)或者信息熵檢測(cè)到目標(biāo)時(shí)，則判決結(jié)果為存在目標(biāo)，從而可以在不同通道SNR差異下都能有很好 的檢測(cè)目標(biāo)。

為了描述方便，本實(shí)施中設(shè)定多雷達(dá)二元假設(shè)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ腿缦隆?/p>

多雷達(dá)系統(tǒng)中的每部雷達(dá)不僅接收自己發(fā)射信號(hào)的回波，并且接收其它雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的回波，形成多通道回波數(shù)據(jù)。k時(shí)刻多雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)形成的L個(gè)通道的回波數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的二元假設(shè)檢驗(yàn)問(wèn)題可以寫成如下形式

其中，第k時(shí)刻的第l個(gè)通道數(shù)據(jù)x_l(k)為經(jīng)過(guò)空時(shí)配準(zhǔn)后的回波向量，L為多雷達(dá)系統(tǒng)的通道數(shù)。第k時(shí)刻、第l個(gè)通道的噪聲n_l(k)為均值為零、方差為σ²的白高斯噪聲，并假設(shè)各個(gè)通道的噪聲方差相同。第l個(gè)通道的信號(hào)復(fù)幅度為A_i為k時(shí)刻l通道的回波信號(hào)的幅度，θ_l(k)為k時(shí)刻l通道的回波信號(hào)的相位，第k時(shí)刻L個(gè)通道的數(shù)據(jù)形成向量x(k)＝[x₁(k) x₂(k)…x_L(k)]。

以下通過(guò)實(shí)施例，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的基于信息熵的多雷達(dá)混合檢測(cè)方法。

圖1示出了本發(fā)明的基于信息熵的多雷達(dá)混合檢測(cè)方法的流程圖；

參照?qǐng)D1，本發(fā)明的基于信息熵的多雷達(dá)混合檢測(cè)方法，具體包括：

S1、將多部雷達(dá)形成的多通道回波進(jìn)行平方律檢波，得到檢波后的信號(hào)；

具體地，本實(shí)施例設(shè)定多部雷達(dá)形成的目標(biāo)回波通道數(shù)為L(zhǎng)，則在k時(shí)刻L個(gè)通道回波數(shù)據(jù)組成向量為：

x(k)＝[x₁(k) x₂(k)…x_L(k)]

進(jìn)行平方律檢波后，L個(gè)通道的數(shù)據(jù)向量為：

x_s(k)＝[|x₁(k)|² |x₂(k)|²…|x_L(k)|²]；

S2、根據(jù)檢波后的信號(hào)，進(jìn)行平方律檢測(cè)，得到第一檢測(cè)結(jié)果；并根據(jù)檢波后的信號(hào)進(jìn)行信息熵檢測(cè)，得到第二檢測(cè)結(jié)果；

本步驟中，基于步驟S1中的平方律檢波后的L個(gè)通道的數(shù)據(jù)向量x_s，進(jìn)行平方律檢測(cè)，獲得檢測(cè)結(jié)果記為u₁。當(dāng)u₁＝1時(shí)，檢測(cè)結(jié)果為存在目標(biāo)，當(dāng)u₁＝0時(shí)，檢測(cè)結(jié)果為不存在目標(biāo)，相應(yīng)的檢測(cè)概率記為P_D1＝Pr{u₁＝1|H₁}，虛警概率記為P_F1＝Pr{u₁＝1|H₀}。

本實(shí)施例所述的平方律檢測(cè)，使用現(xiàn)有技術(shù)中的平方律檢測(cè)，在此不再詳述。

基于步驟S1中的平方律檢波后的L個(gè)通道的數(shù)據(jù)向量x_s，進(jìn)行信息熵檢測(cè)，獲得檢測(cè)結(jié)果記為u₂。當(dāng)u₂＝1時(shí)，檢測(cè)結(jié)果為存在目標(biāo)，當(dāng)u₂＝0時(shí)，檢測(cè)結(jié)果為不存在目標(biāo)，相應(yīng)的檢測(cè)概率記為P_D2＝Pr{u₂＝1|H₁}，虛警概率記為P_F2＝Pr{u₂＝1|H₀}。

根據(jù)檢波后的信號(hào)進(jìn)行信息熵檢測(cè)，具體包括：

S21、根據(jù)預(yù)設(shè)的虛警概率確定檢測(cè)門限T_H；

S22、根據(jù)檢波后的信號(hào)，計(jì)算時(shí)刻k的基于信息熵的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量T_k：

其中，p_l(k)為回波功率分布，且

S23、比較T_k與檢測(cè)門限T_H的大小，判斷目標(biāo)是否存在，當(dāng)所述檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量小于門限值時(shí)，則判為存在目標(biāo)；反之，則不存在目標(biāo)，即

S3、根據(jù)所述第一檢測(cè)結(jié)果和第二檢測(cè)結(jié)果，判斷目標(biāo)是否存在，具體為：當(dāng)判斷所述第一檢測(cè)結(jié)果或第二檢測(cè)結(jié)果至少一個(gè)為檢測(cè)到目標(biāo)存在時(shí)，則判斷目標(biāo)存在；

當(dāng)判斷所述第一檢測(cè)結(jié)果和第二檢測(cè)結(jié)果都為檢測(cè)目標(biāo)不存在時(shí)，則判斷目標(biāo)不存在。

本實(shí)施例的步驟S3中的判斷，是在“或”判決準(zhǔn)則下，當(dāng)平方律檢測(cè)或者信息熵檢測(cè)到目標(biāo)時(shí)，則混合檢測(cè)器判決存在目標(biāo)，判決結(jié)果u₀＝1；當(dāng)平方律檢測(cè)和信息熵檢測(cè)兩者都沒(méi)有檢測(cè)到目標(biāo)時(shí)，則混合檢測(cè)器判決不存在目標(biāo)，判決結(jié)果u₀＝0。相應(yīng)地，本實(shí)施例的混合檢測(cè)方法的檢測(cè)概率為：虛警概率為：

本發(fā)明的基于信息熵的多雷達(dá)混合檢測(cè)方法，在每個(gè)采用時(shí)刻，多個(gè)通道回波數(shù)據(jù)集合可認(rèn)為是一個(gè)隨機(jī)變量的可能的取值范圍，對(duì)應(yīng)的概率值為不同通道回波的功率歸一化值，根據(jù)概率值可獲得這一隨機(jī)變量的信息熵。

假設(shè)第k時(shí)刻，L個(gè)通道回波數(shù)據(jù)組成向量，

x(k)＝[x₁(k) x₂(k)…x_L(k)]

那么，定義第k時(shí)刻L個(gè)通道回波的信息熵為，

當(dāng)采用平方律檢波時(shí)，將上式定義的信息熵記作多通道回波的信息熵。并且上述的信息熵中概率密度為回波功率分布，

由此可知，通過(guò)求不同通道的回波功率在所有通道回波的和的比例，可得到各通道回波功率的概率。進(jìn)而，通過(guò)回波功率的概率可得多通道回波的信息熵。

根據(jù)信息熵理論可知，當(dāng)k時(shí)刻L個(gè)通道的回波功率的歸一化概率相等，即p₁(k)＝p₂(k)＝…＝p_L(k)＝1/L時(shí)，多雷達(dá)回波信息熵取得最大值，即目標(biāo)回波在各個(gè)通道功率的概率分布越平坦熵值越大。 在假定個(gè)通道噪聲功率相同時(shí)，當(dāng)存在目標(biāo)且各通道回波SNR差異大時(shí)，各通道回波的功率差別大，對(duì)應(yīng)的多通道回波信息熵??；當(dāng)不存在目標(biāo)時(shí)，各通道回波均為噪聲，各通道回波功率差別小，對(duì)應(yīng)的多通道回波信息熵大。因而，信息熵可用來(lái)判斷是否存在各通道SNR差異大的目標(biāo)。

設(shè)第l個(gè)通道信號(hào)的信噪比為，

其中，L為通道數(shù)目，SNR_Total為所有通道總SNR。為通道l占所有通道SNR的比例。L個(gè)通道的η_l值構(gòu)成多通道SNR比例向量η＝[η₁ η₂…η_L]。

為了考察多通道SNR差異對(duì)信息熵的影響，不失一般性，設(shè)置如下仿真場(chǎng)景。考慮7部雷達(dá)，形成49個(gè)空間分集通道，不同通道的噪聲均為功率為1的復(fù)高斯白噪聲，多通道的總SNR為20dB，49個(gè)通道的SNR比例向量為η＝[η₁ η₂…η₄₉]，將η中的n個(gè)數(shù)值設(shè)為1000，其它的數(shù)值設(shè)為1，并且n由1逐漸增加到49，即大SNR通道的數(shù)目越來(lái)越多，即多通道SNR差異越來(lái)越小。對(duì)比有無(wú)目標(biāo)時(shí)信息熵的變化，仿真結(jié)果如附圖2所示。

由圖2可知，無(wú)目標(biāo)時(shí)，各通道為純?cè)肼?，多通道回波的信息熵固定不變。有目?biāo)時(shí)，隨著大SNR通道數(shù)目的增多，各通道SNR差異變小，多通道回波的信息熵增加。因而，大SNR通的數(shù)目越少，即多通道SNR差異越大，有、無(wú)目標(biāo)時(shí)，多通道回波信息熵區(qū)別將越大，越有利于目標(biāo)檢測(cè)。而在大SNR通道數(shù)目多時(shí)，即多通道SNR差異不大時(shí)，信息熵檢測(cè)方法將不利于目標(biāo)檢測(cè)。此時(shí)，采用平方律檢測(cè)，可彌補(bǔ)基于信息熵檢測(cè)方法的不足。

在進(jìn)一步的實(shí)施例中，如圖3的仿真場(chǎng)景示意圖，以及圖4、圖5和圖6為多通道SNR比例不同時(shí)不同檢測(cè)方法的仿真結(jié)果圖。假 設(shè)多雷達(dá)數(shù)目為7，這7部雷達(dá)多發(fā)多收共形成目標(biāo)回波通道總數(shù)為49，并且假設(shè)通道l(l＝1,2,…,L)的目標(biāo)回波相位服從均勻分布，不同通道雷達(dá)散射截面積(RCS)為獨(dú)立Gamma隨機(jī)變量，且通道之間參數(shù)不同。不失一般性，這49個(gè)通道的回波SNR比例設(shè)置為如下表1所示的三種比例。對(duì)傳統(tǒng)平方律檢測(cè)方法、包絡(luò)檢測(cè)方法、信息熵檢測(cè)和基于信息熵的多雷達(dá)混合檢測(cè)方法(圖中標(biāo)記為“混合檢測(cè)”)進(jìn)行仿真對(duì)比。其中，虛警概率設(shè)為P_fa＝10^-4。

表1多通道SNR比例

通過(guò)圖4-圖6的仿真結(jié)果可知：如圖4和圖5所示，在多通道SNR差異大時(shí)，混合檢測(cè)和信息熵檢測(cè)性能最好，其次是平方律檢測(cè)，包絡(luò)檢測(cè)效果最差；如圖6所示，在多通道SNR差異小時(shí)，混合檢測(cè)和平方律檢測(cè)性能最好，其次是包絡(luò)檢測(cè)器，信息熵檢測(cè)最差；即綜上結(jié)果，在不同通道SNR差異下，本發(fā)明的基于信息熵的混合檢測(cè)方法均具有最好的檢測(cè)效果。

本發(fā)明的基于信息熵的多雷達(dá)混合檢測(cè)方法，結(jié)合多雷達(dá)信息熵檢測(cè)和平方律檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，在多通道回波SNR差異大時(shí)，信息熵檢測(cè)具有很好的檢測(cè)效果；SNR差異小時(shí)，平方律檢測(cè)具有很好的檢測(cè)效果，從而，在不同通道SNR差異下都能很好的檢測(cè)目標(biāo)，大大提高多雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)性能。

以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。