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。      

空/时对称阵列雷达非高斯杂波背景下多秩距离扩展目标检测方法

针对多通道阵列雷达从实际杂波中检测目标场景,该文提出了一种面向多通道阵列雷达非高斯杂波背景的多秩距离扩展目标检测方法。首先,利用秩大于1的子空间矩阵和相应距离单元的坐标向量,建立了多秩距离扩展目标模型;然后,利用雷达接收单元空间或时间中心对称探测场景下杂波协方差矩阵的反对称结构信息,通过酉变换,采取广义似然比、Rao、Wald检验准则,构建待解参数小样本估计策略,设计了面向非高斯杂波背景的多秩距离扩展目标检测方法。最后,通过理论推导证明了所提检测方法相对于杂波协方差矩阵具有恒虚警特性。基于仿真数据和实测数据的实验结果表明,所提检测方法能够保证对杂波协方差矩阵具有恒虚警特性,此外,相较于现有检测方法,所提检测方法提升了小训练支持的目标检测性能,并且在导向矢量失配条件下,有效地改善目标检测的稳健性。      

非高斯杂波下基于子空间的距离扩展目标检测器

在辅助数据缺失的非高斯杂波背景下,采用两步法设计策略研究了距离扩展目标检测方法.首先,在杂波纹理分量已知的条件下,对待检测数据进行高斯化,利用高斯背景下杂波协方差矩阵和目标散射点幅度的合适估计,建立检验统计量.其次,利用待检测数据在信号子空间正交补上的正交投影,估计杂波纹理分量,提出了基于子空间的距离扩展目标自适应检测器,并证明了其对杂波纹理分量的恒虚警率（CFAR,Constant False Alarm Rate）特性.仿真结果表明,在典型非高斯背景下,所提检测器的CFAR特性和检测性能均优于对比检测器;另外,阵元数、目标距离单元数或杂波尖峰的增加,能不同程度改善检测性能.     

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.     

非均匀非高斯杂波的协方差矩阵估计

在雷达目标检测中,杂波的协方差矩阵估计利用了待检测单元附近的杂波数据。本文考虑一种非均匀环境中,非高斯杂波下的杂波协方差矩阵估计问题,即假定待检测单元与参考单元的杂波协方差矩阵之间满足某种统计关系,并假定杂波数据满足复合高斯统计分布模型。在这种场景下,常规的杂波协方差矩阵估计方法会导致信号检测性能的下降。采用共轭先验分布作为非均匀非高斯场景的统计分布模型,利用贝叶斯方法,本文给出了基于Gibbs抽样的杂波协方差最小均方误差估计方法。计算机仿真结果表明,与常规的杂波协方差矩阵估计方法相比较,本文所给出的杂波协方差矩阵的估计算法能够在参考数据较少,累积脉冲个数较少时,非均匀场景中获得较好的检测性能。本文还分析了先验分布模型参数误差对检测性能的影响。      

一种非均匀场景复合高斯杂波下的自适应检测器

该文考虑一种非均匀环境中,复合高斯杂波下的目标检测问题,即待检测单元杂波协方差矩阵与参考单元杂波协方差矩阵之间并不相等,且杂波数据满足复合高斯统计分布模型。利用已知的先验信息,选择合适的先验分布,基于贝叶斯方法,该文给出了杂波协方差矩阵的最小均方误差估计,并将其应用于正则化匹配滤波器检验。计算机仿真结果表明,采用该文提出的杂波协方差估计算法,能够在参考数据较少的情况下,获得较好的检测性能。     

基于单快拍MUSIC与改进UTJDL的海杂波抑制算法

要实现船载高频地波雷达对海面目标的快速准确检测，必须对非均匀分布的海杂波进行有效抑制。为此，提出一种单快拍多重信号分类(MUSIC)与改进无迹变换局域联合处理(UTJDL)相结合的非均匀海杂波抑制算法。首先通过单快拍MUSIC算法，将阵列信号转换至角度多普勒域并进行局域联合处理(JDL),以有效降低运算量和提高目标分辨率。然后，利用改进的基于奇异值分解(SVD)的无迹变换(UT)对每个距离元的JDL数据进行预处理以获得更多的一致性数据并进行每个距离元的协方差矩阵估计。最后，根据不同距离单元与待检测距离单元的相关系数估计待测距离单元的协方差矩阵，并由此实现对海杂波的快速有效抑制。仿真实验结果表明，文中提出的算法可以有效提升信杂噪比，有利于目标的快速准确检测。     

无参考数据的分布目标知识辅助检测

该文利用待检测单元杂波协方差矩阵的先验信息，基于贝叶斯方法，研究无参考数据条件下的分布目标的知识辅助检测问题。首先针对非均匀场景，假定各个距离单元杂波协方差矩阵依概率1不相等，给出了广义似然比检验和最大后验-广义似然比检验两种检测器。然后针对均匀杂波场景，给出了单步和双步广义似然比检验两种检测器。进一步利用计算机仿真分析了先验模型失配条件下的检测器性能。分析结果表明，先验模型参数u较小时，检测器性能与先验模型匹配程度密切相关。当u趋于无穷大时，该文给出的几种检测算法性能趋于相同。     

机载MIMO雷达广义最大似然检测器

该文针对机载MIMO雷达在未知统计特性的杂波中目标检测问题,首先给出广义最大似然(GLRT)检测器(MIMO-GLRT),利用MIMO雷达的空间分集特性提高检测性能,并推导出检测概率和虚警概率表达式。然后,基于MIMO雷达杂波协方差矩阵的块对角特性,给出一种简化MIMO-GLRT检测器,大大减小算法的复杂度,同时降低对参考单元数目的要求,并在只有两个接收雷达单元的情形下,推导出简化GLRT检测性能的表达式。结果表明,上述两种检测器相对于杂波协方差矩阵都具有恒虚警特性,能够在未知杂波背景下有效地检测目标。     

基于功率中值和归一化采样协方差矩阵的自适应匹配滤波检测器

在非均匀海杂波环境中,参考单元中的异常单元限制了采样协方差矩阵(SCM)的估计性能,从而影响了传统自适应匹配滤波(AMF)检测器的检测性能。而考虑删除异常单元的方法在参考单元数目有限时可能导致矩阵的奇异性。鉴于此,在保持参考单元数目不变条件下,该文设计一种基于功率中值与归一化采样协方差矩阵(MNSCM)的估计方法,并将其与匹配滤波器(MF)相结合,构造一种新型的自适应匹配滤波检测器。与传统的自适应匹配滤波相比,该文设计的检测器在实测和仿真海杂波数据条件下均具有明显的性能优势。     

距离模糊下天空双基地预警雷达杂波抑制方法

天空双基地预警雷达杂波具有严重的非平稳性,同时存在距离模糊,使得杂波抑制变得困难。针对考虑距离模糊时天空双基地预警雷达杂波抑制问题,基于子孔径平滑处理和重构杂波协方差矩阵的思想,提出了一种非平稳杂波抑制方法。首先对某一距离环杂波数据进行子孔径平滑处理,估计出子孔径下的杂波协方差矩阵;然后计算该距离环功率谱并作为幅度值,重构模糊距离环的杂波数据和协方差矩阵;最后利用重构数据对距离模糊杂波进行空时自适应处理。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

均匀和部分均匀杂波中子空间目标的斜对称自适应检测方法

在雷达目标的自适应检测领域, 当参考单元数不足时, 充分挖掘协方差矩阵的结构信息是有效提高检测性能的途径之一。为此, 针对多维子空间目标的检测问题, 该文在协方差矩阵关于次对角线具有斜对称结构的约束下, 分别基于一步和两步广义似然比(GLRT), 推导了均匀和部分均匀杂波中的斜对称自适应检测器。由于检测器在设计阶段利用了协方差矩阵的结构信息, 仿真结果表明, 与已有检测器相比, 在参考单元数不足时, 斜对称自适应检测器可明显改善检测性能。此外, 分别从协方差估计方法的影响、目标子空间维数的影响、目标子空间失配性能以及目标起伏的影响4个方面对检测性能进行了仿真分析。      

海杂波多分形特性分析及小目标检测技术研究

为判定海杂波是否具有多重分形特性,采用小波模极大值法和多分形消趋势波动分析法对任一距离单元的实测海杂波数据进行分析,提出一种基于时间-距离单元-幅度图法对多距离单元海杂波数据进行分析,分析结果表明海杂波具有多分形特性,尤其是海杂波数据含有小目标情况更为明显。通过分析还发现当Rényi参数q<0时,距离单元含小目标的广义分形维明显大于其它距离单元只含海杂波的广义分形维;而当q>0时,这种规律不是很明显,因此提出一种基于不同距离单元间广义分形维偏差的方法来检测海杂波背景下小目标,实验结果表明该方法是有效的。      

不需要训练数据的分布式MIMO雷达距离扩展目标检测器

在非均匀杂波环境中,研究了高分辨率分布式多输入多输出(MIMO)雷达的距离扩展目标检测问题。由于分布式MIMO雷达观测到的杂波是非均匀的,无法获得足够的独立同分布的均匀训练数据来估计检测单元的杂波协方差矩阵。采用复逆Wishart分布对杂波协方差矩阵建模,基于该杂波模型设计了一种不需要训练数据的分布式MIMO雷达距离扩展目标广义似然比检测器。数值仿真结果表明:在非均匀杂波环境中,所设计的检测器的性能比用训练数据的协方差矩阵类检测器有明显的改进。     

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。     

端射阵机载雷达稀疏恢复非平稳杂波抑制方法

针对端射阵机载雷达杂波谱存在的距离非平稳问题,提出了一种基于稀疏恢复的距离模糊杂波抑制方法。该方法首先通过稀疏恢复理论建立杂波回波数据的欠定方程,并结合欠定系统局灶解法求得杂波的空时谱分布,重构出每个距离门的杂波协方差矩阵;然后,以最远可检测距离单元为参考单元对杂波数据进行补偿,并进行目标约束;最后,基于补偿后的数据进行空时自适应杂波抑制处理。与传统端射阵距离模糊杂波谱补偿方法相比,该方法的杂波协方差矩阵估计精度高,杂波抑制性能更优。理论分析和仿真结果验证了该方法的有效性。     

复合高斯杂波下距离扩展目标的自适应检测

 研究了复合高斯杂波下的距离扩展目标自适应检测问题.基于辅助数据,利用采样协方差矩阵(SCM)和迭代(RE)估计矩阵,建立了自适应检测器AMSDD和基于动态阈值的ADT检测器,并分析了检测器的恒虚警率(CFAR)特性.理论分析表明,基于SCM的检测器只能保持对杂波协方差矩阵结构的自适应特性;而基于RE的检测器能同时获得对杂波协方差矩阵结构和纹理分量的CFAR特性.性能分析表明,对于AMSDD和ADT来说,与采用SCM估计器相比,采用RE估计器能使检测器获得更好的CFAR特性和检测性能.另外,基于RE的ADT检测器在目标散射点个数失配时具有很好的鲁棒性.     

基于去趋势波动分析的多普勒域海杂波分形分析

相对于粗糙海洋表面,海面小目标的后向散射比较微弱,导致了海杂波背景下的微弱目标很难检测。由于海面目标和海面波浪在速度上的差异,多普勒频率成为海面微弱目标检测可以利用的一个有效线索。近年来分形几何在海杂波分析方面有了比较深入的研究。将多普勒频率和分形几何概念相结合,将有助于对海面杂波背景下的微弱目标进行检测。去趋势波动分析是提取分形对象分形参数的有效工具。通过去趋势波动分析,对多普勒域海杂波进行分形参数提取,利用不同距离单元分形参数的不同可以有效地判断微弱目标存在。最后,利用IPIX实测雷达数据对所提算法进行仿真实验,实验结果表明,该方法能够有效判断海面微弱目标存在。     

基于频域多通道图特征感知的海面小目标检测

海洋物理环境和电磁环境日趋复杂,海杂波背景下的微弱慢速小目标检测始终是一个研究难点和重点。海面小目标的雷达散射截面积小、回波能量低,传统基于能量的检测方法存在性能瓶颈。基于特征的检测方法聚焦于提取纯杂波和目标回波的差异性特征来实现目标检测,且有效提升了检测性能。该文利用回波数据间频域中幅度的关联性,将图论的方法引入到特征检测中。首先将实测数据进行块白化处理,对海杂波进行一定的抑制,然后在频域提取各多普勒通道下的数据,借助图的处理方法,构建所提取数据的距离邻接矩阵,再转换为拉普拉斯矩阵。该方法计算不同时间序列下拉普拉斯矩阵的最大特征值,并将其与刻画频域能量信息的相对多普勒峰高进行融合,得到新的检验统计量来区分纯杂波和含有目标的回波。通过全相参的X波段(IPIX)实测数据验证,该文所提方法的检测性能更为优越。     

基于极化联合特征值的雷达弱小目标检测方法

针对海杂波背景下雷达弱小目标检测问题,提出了一种基于极化联合特征值的雷达弱小目标检测方法。该方法利用多极化通道回波数据计算极化相干矩阵的最大特征值,然后将待检测单元的最大特征值与参考单元最大特征值、最小特征值、算数平均值和几何平均值的算数平均之比分别作为检验统计量实现检验判决。仿真和实测数据处理结果表明：基于极化联合特征值的雷达弱小目标检测方法较基于特征值的检测方法性能提高2 dB,较极化检测最优滤波器性能提高1.5 dB,较功率最大综合检测方法、SPAN检测方法性能提高5 dB,极化联合最大特征值-几何平均方法综合检测效果最好。