距离扩展目标的检测算法研究

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随着雷达距离分辨率的提高,雷达回波中观测目标分布在多个距离单元,杂波单元面积显著减小。此时,基于点目标和大面积杂波的传统检测理论不再适用,亟需对距离扩展目标检测的相关理论和技术进行研究。本文围绕高斯/复合高斯杂波中的距离扩展目标检测问题,开展了如下工作:1.针对典型复合高斯背景中的距离扩展目标检测问题,提出了K、Weibull和G0分布杂波背景中的最优检测器,并与现有的两步GLRT检测器进行比较,仿真实验表明两步GLRT检测器具有准最优的检测性能,而影响该检测器性能的主要因素是相干斑(speckle)的协方差矩阵估计。2.针对复合高斯杂波相干斑协方差矩阵的最优估计问题,从理论上证明了迭代MLE估计量估计性能最优,且其性能主要受到邻近纯杂波(辅助数据)可用距离单元数的影响。3.针对没有辅助数据的复合高斯杂波中的距离扩展目标检测问题,提出了一种基于AR过程的ARGLRT-CG检测器。其检测性能比现有的ARGLRT-HTG检测器改善了约3 dB。4.针对小相干样本数的ARGLRT-CG具有检测性能损失的问题,对于缺乏辅助数据的复合高斯杂波,提出了IARGLRT-CG检测器,其检测性能比ARGLRT-CG检测器改善了约2~3 dB。此外,针对高斯杂波中距离扩展目标的检测问题,提出了AR-OS检测器和Bayesian-GLRT检测器。其中,AR-OS检测器比现有的AG-OS检测器更易工程实现和具有更强的抗干扰能力,而Bayesian-GLRT检测器比AG-OS检测器具有更好的检测性能。上述距离扩展目标检测算法,已经过仿真验证。其中,仿真参数是由国际通用的IPIX雷达实测数据估计得到的。
摘要第5-6页
ABSTRACT第6页
第一章 绪论第13-22页
    1.1 研究背景和意义第13-15页
    1.2 研究动态第15-20页
        1.2.1 距离扩展目标特性第15-16页
        1.2.2 高分辨雷达杂波特性第16-17页
        1.2.3 高斯杂波中的距离扩展目标检测算法第17-18页
        1.2.4 复合高斯杂波中的距离扩展目标检测算法第18-20页
        1.2.5 动态综述第20页
    1.3 本文的主要工作第20-22页
第二章 距离扩展目标特性第22-29页
    2.1 后向散射点第22-24页
    2.2 低分辨雷达的目标回波第24页
    2.3 高分辨雷达的目标回波第24-25页
    2.4 目标的高分辨雷达回波与低分辨雷达回波比较第25-27页
    2.5 本章小结第27-29页
第三章 高分辨雷达杂波特性第29-47页
    3.1 常见的几种杂波幅度分布及其特性第29-33页
        3.1.1 Rayleigh 分布第29页
        3.1.2 Lognormal 分布第29-30页
        3.1.3 Weibull 分布第30页
        3.1.4 K 分布第30-31页
        3.1.5 G0 分布第31页
        3.1.6 复合高斯分布第31-32页
        3.1.7 偏斜度(skewness)和尖峰度(kurtosis)第32-33页
    3.2 IPIX radar 杂波在不同分辨率下的特点第33-45页
        3.2.1 IPIX radar第33-34页
        3.2.2 5 种不同分辨率的杂波数据文件第34-35页
        3.2.3 I/Q 通道数据分析第35-36页
        3.2.4 杂波幅度分析第36-40页
        3.2.5 杂波经验APDF 的MMSE 拟合结果第40-43页
        3.2.6 杂波经验APDF 与噪声加杂波模型的拟合结果第43-45页
    3.3 本章小结第45-47页
第四章 高斯杂波中的距离扩展目标检测算法第47-68页
    4.1 高斯杂波背景下的距离扩展目标参量检测器第47-60页
        4.1.1 一步(OS)Rao、Wald 和GLRT 检测器第48-56页
        4.1.2 两步(TS)Rao、Wald 和GLRT 检测器第56-58页
        4.1.3 线性高斯模型下,Rao、Wald 和GLRT 检测统计量的等价性第58-60页
    4.2 基于Bayesian 方法的距离扩展目标GLRT 检测算法第60-67页
        4.2.1 复Wishart 分布第60-61页
        4.2.2 回波模型介绍第61-62页
        4.2.3 检测器设计第62-64页
        4.2.4 性能评估第64-67页
    4.3 本章小结第67-68页
第五章 复合高斯杂波中的距离扩展目标检测算法第68-115页
    5.1 复合高斯杂波中距离扩展目标的参量检测算法第68-77页
        5.1.1 信号模型第68-69页
        5.1.2 检测器的设计第69-73页
        5.1.3 性能分析第73-77页
    5.2 三种典型复合高斯杂波(Weibull、K 和G0)中的检测理论第77-88页
        5.2.1 Weibull 杂波中的检测理论第78-82页
        5.2.2 K 分布杂波的检测理论第82-85页
        5.2.3 G0 分布杂波的最优检测理论第85-88页
    5.3 协方差矩阵的估计算法以及对检测器的性能影响第88-95页
        5.3.1 各种估计算法第89-91页
        5.3.2 协方差矩阵估计器的性能对检测器的影响第91-95页
    5.4 基于AR 模型的GLRT 检测算法第95-108页
        5.4.1 AR 过程表示复合高斯杂波第96-97页
        5.4.2 复合高斯杂波中检测距离扩展目标的回波模型第97-98页
        5.4.3 ARGLRT-CG 检测器的设计第98-100页
        5.4.4 ARGLRT-CG 检测器的性能分析第100-102页
        5.4.5 数值结果第102-108页
    5.5 改进的ARGLRT-CG 检测算法第108-113页
        5.5.1 协方差矩阵M 与(AR a, σ~2, P)的关系第108-109页
        5.5.2 利用AR 过程系数构造相干斑的协方差矩阵第109-110页
        5.5.3 改进的ARGLRT-CG 检测器的设计第110-111页
        5.5.4 IARGLRT-CG 检测器的性能分析第111-113页
    5.6 本章小结第113-115页
第六章 结论与展望第115-117页
    6.1 全文总结第115-116页
    6.2 工作展望第116-117页
致谢第117-118页
参考文献第118-128页
攻博期间取得的研究成果第128-129页
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