基于谱范数的矩阵CFAR检测器

基于信息几何的矩阵恒虚警率（Constant False Alarm Rate,CFAR）检测器为雷达目标检测问题提供了新的解决思路,其主要组成部分是均值矩阵的估计和检测统计量的计算,且检测性能与矩阵流形上的几何测度有紧密关系.现有的信息几何测度都是从Frobenius范数考虑,本文则基于谱范数考虑了矩阵流形上的几何测度和均值矩阵估计问题.将均值矩阵估计问题转化为矩阵流形上的优化问题,根据目标函数的性质得到了计算简便的近似均值矩阵.利用不同方法得到的均值矩阵,提出了几种新的基于谱范数的矩阵CFAR检测器.通过检测势分析和仿真实验验证了其检测性能优于现有的其他矩阵CFAR检测器,复杂度分析也表明了其计算复杂度低于现有的其他矩阵CFAR检测器,为海杂波背景下的雷达目标检测提供了新的有效技术手段.     

一种基于信息几何的矩阵DP-TBD算法

由于单帧相参积累在一些情况下存在较严重的信息损失,且这种损失会随着多帧非相参积累而进一步放大,使得传统动态规划检测前跟踪（DP-TBD）算法的性能下降.本文基于信息几何理论提出了一种矩阵DP-TBD算法,该方法直接利用每个分辨单元的协方差矩阵进行多帧积累,将单帧和多帧积累融为一体,避免了单帧积累存在的信息损失,具有更好的检测和跟踪性能.最后通过仿真实验验证了本文算法的有效性.     

矩阵信息几何中值检测器

本文以矩阵信息几何理论为基础,提出一种新的信号检测器框架,该检测器将样本数据建模为正定矩阵,利用参考单元对应正定矩阵的几何中值来估计杂波协方差矩阵,从而将信号检测问题转化为度量矩阵流形上两点间的差异性大小,通过比较流形上两点间的差异值与阈值大小来实现信号检测.此外,深入分析了流形上不同几何度量所反映出的几何结构差异,并...     

一种基于AR模型的矩阵CFAR检测器

矩阵恒虚警（Constant False Alarm Rate,CFAR）检测器是根据信息几何理论利用检测单元相关矩阵与参考单元矩阵黎曼均值间的测地线距离作为检测统计量进行检测.本文根据尤尔-沃克方程中相关矩阵与自回归（Auto-Regressive,AR）谱之间的一一对应关系,将矩阵CFAR检测器中两矩阵间的距离转化为两AR谱之间的距离,提出了一种基于AR模型的矩阵CFAR检测器,该检测器能利用分辨率更高的AR模型进行谱估计,并将功率谱整体进行检测,能充分利用回波的多普勒信息,非常适用于频域扩展目标的检测,通过利用具有频域扩展特性的尾流实测数据对该方法和传统方法的检测性能进行比较分析,验证了本文所提检测器的有效性.     

基于流形等距映射的矩阵信息几何检测方法

雷达目标检测常面临复杂的杂波特性,经典的检测方法通常适合于某些特定的场景,当检测背景发生变化时,其检测性能急剧下降。为有效提升不同杂波背景下的检测性能,提出一种基于流形等距映射(ISOMAP)的矩阵信息几何检测器。该方法首先将信号检测问题转化为矩阵流形上两点之间的区分性问题;然后基于样本数据和流形等距映射原理,自适应地学习出矩阵流形的投影变换矩阵,将矩阵流形变换为可区分的低维流形,最大程度地保持每一个矩阵与其邻域内矩阵之间几何距离大小,增强矩阵流形的可分性;最后利用仿真杂波和实测数据对算法进行验证。实验结果表明,相比于经典的检测方法,所提方法能有效提升目标检测性能。     

一种机动目标动态规划检测前跟踪算法

针对传统动态规划检测前跟踪(Dynamic Programming Track-Before-Detect,DP-TBD)算法检测强机动目标时性能较差的问题,本文利用目标状态转移矩阵先验信息改进了传统DP-TBD算法,使得目标状态转移步长随状态的变化自适应调整,以此来避免在检测转弯运动目标时传统动态规划算法由于转移步长不变而造成的转移步长与目标速度失配的问题。仿真结果显示,在检测转弯运动目标时所提算法的检测性能和跟踪性能都比传统算法有所提高。通过对改进的DP-TBD、传统DP-TBD算法的仿真和比较,改进的DP-TBD算法跟踪强机动目标性能得到了显著提升,并具有工程应用价值。     

基于Duffing振子的机场异物自动判决算法

基于毫米波雷达的机场异物(FOD)检测技术具有高分辨率和低功耗的特点,但是传统恒虚警(CFAR)类检测算法在低信杂比(SCR)情况下虚警过高.该文提出一种基于Duffing振子的FOD检测算法.该算法首先利用杂波图CFAR检测算法将雷达接收机接收回波中的背景杂波初步分离,获得目标(包含虚警)的距离信息,并利用该信息构造Duffing方程,之后将此方程作为系统检测模型,输入接收回波信号,求解输出信号方差,采用方差极值法区分目标和虚警.仿真结果表明,在低信杂比情况下,即使虚警概率为10-3,该文检测算法也可以降低虚警率,实现目标与虚警的自动判决.与传统CFAR检测算法相比,该算法的检测概率高于传统检测算法且随信杂比的下降减小速度缓慢,即使在信杂比-30 dB的情况下所提算法仍然可以保持84％的检测概率.     

基于Duffing振子的机场异物自动判决算法

基于毫米波雷达的机场异物(FOD)检测技术具有高分辨率和低功耗的特点,但是传统恒虚警(CFAR)类检测算法在低信杂比(SCR)情况下虚警过高。该文提出一种基于Duffing振子的FOD检测算法。该算法首先利用杂波图CFAR检测算法将雷达接收机接收回波中的背景杂波初步分离,获得目标(包含虚警)的距离信息,并利用该信息构造Duffing方程,之后将此方程作为系统检测模型,输入接收回波信号,求解输出信号方差,采用方差极值法区分目标和虚警。仿真结果表明,在低信杂比情况下,即使虚警概率为10–3,该文检测算法也可以降低虚警率,实现目标与虚警的自动判决。与传统CFAR检测算法相比,该算法的检测概率高于传统检测算法且随信杂比的下降减小速度缓慢,即使在信杂比–30 dB的情况下所提算法仍然可以保持84%的检测概率。     

快速Lagrange算法在双速率多用户检测器的功率控制中的应用研究

本文提出了一种快速Lagrange算法,并将它应用于宽带码分多址扩频通信双速率多用户检测器的功率控制中,从而使系统在达到不同的信扰比的条件下,各个用户的发送功率之和最小。本文分析了用该算法对双速率多用户检测器进行最小发送功率控制的基本理论和实际性能,探讨了该算法中相关参数的确定方法。该算法利用平均和反馈技术加快了Lagrange算法的收敛速度,因此有较好的实时性。仿真结果表明与快速随机功率控制算法相比,快速Lagrange功率控制算法可以提高双速率多用户检测器输出信号的平均信扰比,降低信扰比的平均偏差,提高达到信扰比要求的用户数量。     

基于局部检测统计量的分布式CFAR检测理论研究

本文系统研究了融合中心接收局部检测统计量的分布式CFAR检测技术。在假设局部检测器背景杂波功率水平相同以及不同传感器测试单元之间服从独立同分布的前提下,首先推导了局部采用单元平均（CA）检测器时融合中心的检测概率与虚警概率的解析表达式,在此基础上利用Laplace变换的频域微分性质,将其推广到局部采用其它检测器,获得了普适性的融合方法,可适用于局部采用任意数量、形式的均值（ML）类和有序统计量（OS）类CFAR检测器时的情形,避免了传统的融合中心采用MOS类方法时所需要的局部信杂比相同的假设,实验结果表明了算法的有效性。      

海杂波AR谱多重分形特性及微弱目标检测方法

该文研究了海杂波功率谱的多重分形特性。为了克服频谱傅里叶分析的缺点,用现代谱估计的方法来计算海杂波的功率谱。AR模型是一个线性预测模型,它通过序列的自相关函数矩阵来估计功率谱,并且具有更精确的频谱分辨率。该文主要分析基于AR谱估计的海杂波功率谱的多重分形特性,以及在微弱目标检测中的应用。首先,以分数布朗运动(FBM)模型为例,证明其功率谱具有多重分形特性。其次,根据X波段雷达的实测海杂波数据,通过多重去趋势分析法(MF-DFA)验证了海杂波AR谱的多重分形特性。最后,分析了海杂波AR谱的广义Hurst指数以及影响参数,并提出一种基于局部AR谱广义Hurst指数的目标检测方法。实验结果表明,该种检测方法具有海杂波背景下微弱目标检测的能力。与现有的分形检测方法和传统的CFAR检测方法对比,该算法在低信杂比情况下具有较好的检测性能。     

一种基于二阶Markov目标状态模型的多帧关联动态规划检测前跟踪算法

传统的动态规划检测前跟踪(Dynamic Programming Track-Before-Detect,DP-TBD)算法在每一阶段的数据关联中,仅用当前帧的观测数据与前一帧的指标函数进行关联积累,对目标状态在连续相邻帧间的相关性以及目标运动特征的考虑不充分,这样在低信噪比时,容易发生目标关联错误,严重影响了DP-TBD算法的检测和跟踪性能。针对此问题,该文提出了一种基于二阶Markov目标状态模型的DP-TBD算法,该算法以目标状态的条件概率比最大为准则,采用二阶Markov模型描述目标状态的相关性,并根据目标运动特征给出了一种与目标转弯角度相关的状态转移概率模型。在此基础上,实现了多帧数据关联的DP-TBD算法。通过仿真实验与传统的DP-TBD算法进行了比较,验证了该算法的检测及跟踪性能。     

非正交多脉冲调制的QR分解多用户检测

针对加性高斯白噪声信道下的多用户非正交多脉冲调制系统,提出了基于QR分解的非相干判决反馈多用户检测器。该检测器通过QR分解矩阵变换,利用功率较强用户的判决信息来进行干扰抵消,可以有效消除用户间的多址干扰。而在各用户内,针对多脉冲调制技术,提出了一种线性解相关运算来进行非相干检测。同时,考虑解相关运算中矩阵求逆的复杂度比较高,进一步提出了一种软干扰抵消检测器。仿真结果表明所提的两种多用户检测算法可以有效消除非正交调制所造成的多址干扰,极大地提高功率较弱用户的性能,并且所提软干扰抵消检测器通过避免矩阵求逆降低了计算复杂度,同时检测性能没有损失。      

基于黎曼流形监督降维的矩阵CFAR增强检测

矩阵CFAR检测是从几何流形角度处理雷达目标检测问题的新技术。为进一步提升其在复杂杂波背景下的检测性能,本文提出一种黎曼流形监督降维的矩阵CFAR增强检测方法。首先,将检测问题视为目标与杂波的分类问题,分别构建黎曼流形上目标单元与杂波单元的类内和类间权重矩阵;其次,为增强目标与杂波的可分性,采用保持类内几何距离最小,类间几何距离最大的准则建立降维目标函数,并基于Grassmann流形求解降维优化问题获得映射矩阵;最后,提出一种矩阵CFAR增强检测方法,实现目标增强检测。采用蒙特卡罗方法对仿真数据和实测海杂波数据进行实验分析,结果表明,所提出的方法能够进一步提升检测性能。      

基于功率谱密度中段平均的频谱感知算法

根据有、无主用户信号时接收信号功率谱最大、最小值差值不同的特点,提出了一种基于功率谱密度中段平均的频谱感知算法.针对估计的信号功率谱在最小值附近波动多、最小值难以根据单个点准确给出的问题,利用接收信号功率谱中段平均值估计功率谱的最小值,降低最小值的随机性对频谱感知算法性能的影响.理论推导了检测门限和检测概率的表达式,并对算法进行了仿真分析.仿真结果表明,在AWGN信道和Rayleigh衰落信道中,本文算法性能都优于已有的功率谱密度频谱感知算法.该算法无需主用户信息,不用进行复杂的特征值分解.     

分布式目标的子空间双门限GLRT CFAR检测

 研究了分布式目标在球不变随机变量杂波中的检测问题,提出了一种具有恒虚警特性的双门限广义似然比检测器。分布式目标建模为子空间信号,在距离维和多普勒频率维同时扩展.第一门限的作用是筛选信杂比高的待检测距离单元.将选出的距离单元进行能量积累并与第二门限进行比较做出判决.假设杂波协方差矩阵已知,构造了双门限检测器,并通过推导检测器虚警概率说明其具有恒虚警特性.将基于辅助通道数据的杂波协方差矩阵的估计值替换假设已知的杂波协方差矩阵,得到一个自适应检测器.通过Monte Carlo仿真进行性能分析,说明检测器的有效性和鲁棒性.     

基于异常单元删除的改进CFAR检测器

雷达在大入射余角海杂波下进行检测时易受到功率突然增大的杂波异常单元影响,虚警率及误检率较高。为解决此问题,提出具有杂波抑制模块与恒虚警模块的二级检测器。杂波抑制模块通过参考单元的协方差矩阵构造正定矩阵,求解其矩阵范数用以估计杂波功率水平,根据功率水平设置一个动态门限,剔除异常单元后的杂波作为待检测信号输入恒虚警模块,恒虚警模块使用基于有序数据可变性的自动删除平均（ACCA-ODV-）CFAR检测器来改进传统变化指数恒虚警（VI-CFAR）检测器。仿真结果表明,新检测器在均匀杂波环境中检测性能与单元平均恒虚警(CA-CFAR)检测器几乎相同,在多目标环境中检测性能远远优于最大选择恒虚警(GO-CFAR)检测器、最小选择恒虚警(SO-CFAR)检测器、CA-CFAR检测器及VI-CFAR检测器,在杂波边缘环境中虚警控制能力仅次于VI-CFAR检测器与GO-CFAR检测器。综合考虑实测数据中各个检测器的检测结果,改进后的检测器在高分辨率大入射余角情况下具有最优的检测性能。     

多基地雷达中双门限CFAR检测算法

针对多基地雷达系统,该文为解决传统集中式检测算法数据传输率大的问题,根据广义似然比检测算法和自适应匹配滤波算法,提出两种双门限恒虚警率检测器:双门限广义似然比检测器和双门限自适应匹配滤波检测器。首先各个局部雷达站将超过第1门限的局部检验统计量传送到融合中心。然后融合中心根据局部雷达站传送的数据计算融合后的全局检验统计量,并与第2门限比较,得到最终的判决结果。在各空间分集通道的信杂噪比假设相同的条件下,给出了双门限自适应匹配滤波检测器的虚警概率和检测概率的解析表达式。仿真结果表明,两种双门限检测器在低数据率传输时能够保持较好的检测性能。     

NB-IoT系统中窄带物理广播信道的盲检测

在窄带物联网（NB-IoT）系统中，为了正确解调窄带物理广播信道（NPBCH）以获取系统信息，提出了两种NPBCH的盲检测算法，包括常规检测算法和功率检测算法。常规检测算法采用遍历1/2两种发射天线数和8种不同扰码序列的方法进行盲检测，而功率检测算法是在常规检测算法的基础上改进天线端口数的获取方式，主要采用两种天线端口下窄带参考信号（NRS）的功率比值进行判断天线端口数的方法，以降低常规检测算法的计算复杂度。仿真结果表明，当信噪比小于-17 dB时，常规检测算法相比于功率检测算法解调有3~4 dB的增益，检测可靠性能较好；当信噪比大于-17 dB时，两种算法的检测正确率均超过0.98，但功率检测算法较常规检测算法降低了近50%的时间复杂度，更加有利于工程的实践。     

快跳频多址通信多级迭代干扰消除多用户检测

提出了多级迭代干扰消除快跳频多址多用户检测算法。首先使用传统检测器检测,对只有一个最大行的用户做出正确译码,对相应时频矩阵元素进行信干噪声功率比估计,确定干扰消除迭代权值,然后,对干扰元素做加权运算,逐渐消除干扰,直到所有用户译码完成。该算法消除了迭代中权值估计带来的误差,计算量同用户数成线性关系。仿真结果表明：提出的多级迭代干扰消除算法性能优于文献中的多用户检测算法,特别是在用户数较多时性能有较明显改善。