多目标检测系统的设计与仿真*

郎建华，姚金杰，韩 焱

(中北大学信息探测与处理技术研究所，山西太原030051)

0 引言

多目标检测是指探测范围内存在多个目标，能够对各个目标区分。基于CDMA无线基站的多目标检测［1］，其优势是发射信号中已知导频信道的波形为伪随机(PN)码的扩频波形，对这种CDMA信号处理可以获得极大的扩频增益［2，3］。用功率控制法抗多址干扰是一种原始的抗多址干扰的方法，若采用多用户检测技术抗多址干扰则CDMA系统的性能将进一步提高［4］。本文利用CDMA中的LS-CMA算法［5］，对多目标检测系统进行设计，用以实现多远距离多个目标的控制及测量数据的传输，并对整个系统进行仿真。

1 多目标检测系统的整体设计

多目标检测系统整体分为发射和接收两部分。发射部分的多目标是由多个发射机组成，用以发射不同信号;接收部分为单接收机。目标信号的分离主要依靠信号处理部分。若增加多个接收机，该系统能组成拓扑的MIMO(多入多出)系统［6］。

系统整体流程:对每个目标信源编码、卷积编码、直序扩频、BPSK调制后发射。接收部分通过对接收信号BPSK解调后，进行信号处理，使用自适应盲多用户恒模检测的方法，从接收到的信号中分离出不同目标的信号，解码后还原不同目标信号。多目标检测系统总体流程框图如图1所示:

图1 多目标检测系统总体流程框图

对于接收机而言，其核心部分在于利用自适应盲多用户恒模检测为主体，进行多个目标的检测和信息还原。通过viterbi解码器与检测器联合检测，viterbi解码器对特定帧头的软判决反馈回改进后的多用户检测器用以控制解扩器解扩，系统核心部分使用改进后的盲多用户恒模检测算法进行检测。

2 系统模块介绍

2.1 发送部分模块介绍

发射部分由信源编码、卷积编码、直序扩频、BPSK调制和射频发射5个模块构成。信源编码分为两个部分，对于模拟信号信源编码模块直接使用PCM编码，对于控制或数字数据信源编码模块使用二进制分组的定长编码。信道编码使用(2，1，2)的卷积编码器，通过前向纠错法实现部分错误数据的纠错，提升系统抗噪性能。经过编码后的数据，使用直序扩频后进行BPSK调制后发射。

2.2 接收部分模块介绍

接收部分由接收解调，直序解扩，多用户检测，信道译码，信源译码，显示或控制设备组成。接收到的信号经过接收解调后，通过多用户检测器提升系统性能。多用户检测器控制解扩器进行数据解扩，再通入viterbi解码器进行信道解码，通过译码器信号，分别送入信源编码和多用户检测器，通过反馈的特殊帧的译码优化自适应多用户检测器的权值，以提高检测效能。通入信源解码器的数据恢复原始数据后送入显示或受控设备完成设备功能。

在整个系统中接收检测是主要部分，而其中自适应盲多用户恒模检测是系统的主体。根据扩频码的自相关和互相关特性，使用自适应盲多用户恒模检测可以区分出不同的目标。恒模检测算法的特点是收敛不依赖于步长，收敛速度快，稳定性能好。窗口长度越长，收敛速度越快，稳定性越好，因此需要一定数据量。但恒模检测算法存在多个局部收敛点，对于初始向量和收敛步长参数的选择有很大的依赖性，容易收敛到局部最小点上的问题，在数据量小于窗口长度时检测结果将不能达到收敛。

为适应小数据量控制数据的多个目标的检测，提高小数据量的多用户检测性能，多目标检测系统采用折中小数据量与窗口的矛盾，使用扩展部分数据的方法改进LS-CMA算法。进入LS-CMA窗口进行检测器的权值计算后，再对小数据进行检测。要检测的数据在进入多用户检测器前，通过对信号的预处理，进行分割加入特定的延时，然后进入检测器，对特定延时处的信号进行加强有用信号能量，减小噪声，数据扩展等运算，使其能满足最小窗口所需数据长度并满足约束条件。

3 系统整体仿真

采用matlab软件仿真，仿真中待测目标为6目标，采用扩频增益为N=31的Gold码扩频序列对信号进行扩频，待检测目标幅度为A=1 V，信道比为10 dB。码速率为300 kb/s，载波速率为1 MHz，采用直序扩频，BPSK调制方式。检测算法采用改进后的LS-CMA算法。采用窗口长度为100。系统整体仿真如图2:

图2 系统整体仿真

图3 系统整体性能

图2中选取6个目标中4个目标进行对比，A为多个目标进行编码的波形;B为接收机通过检测解码后恢复的数字波形，对比两图在10 dB信噪比时系统可以实现多远距离多个目标的控制及测量数据的传输。系统性能如图3所示。

本设计系统具有较强的抗噪性能，通过改进自适应盲多用户恒模检测算法对多目标消耗进行检测恢复数据，降低了多址干扰，提高了多用户检测性能，能够完成不同数据形式的传输。在7 dB信噪比以上时能够保证绝大部分控制信号的可靠传输，可以实现多远距离多个目标的控制及测量数据的传输。

4 结束语

基于CDMA多用检测技术对多目标检测系统进行了设计，应用了LS-CMA算法并对其进行改进，使其对小数据量信号能够得到较好的检测，通过仿真实验该设计系统能够检测多个目标的信号，此外可以通过采用PCM编码后利用本设计的系统对多个模拟信号进行有效的传输。该系统能够实现对多个小数据量的目标信号的检测，通过发送特定遥控指令，可以实现对远程分布较广的多个目标的进行遥控遥测。但是针对多目标检测系统的具体现实情况，如何将这些算法应用到实际当中去，这是一个值得深入研究的问题，也是以后工作的重点。

［1］焦李成，慕彩红，王伶成.通信中的智能信号处理［M］.北京:电子工业出版社，2006:92－96.

［2］Fumiyuki Adachi，Mamoru Sawahashi，Hirohito Suda.Wideband DS-CDMA for Next-Generation Mobile Communication Systems［J］.IEEE Communications Magazine，1998，36(9):56 －69.

［3］刘薇，周争光，廖桂生，等.一种利用CDMA手机基站对低空动目标检测的方法［A］.第九届全国雷达学术年会，2004:451－454.

［4］陈建玲.CDMA通信系统中基于智能优化算法的多用户检测技术［D］.广西大学，2005.

［5］马建仓，牛弈龙，陈海洋.盲信号处理［M］.北京:国防工业出版社，2006.

［6］Martin Haardt，Veljko Stankovic，Giovanni Del Galdo.EFFICIENT MULTI-USER MIMO DOWNLINK PRECODING AND SCHEDULING［J］.IEEE，2005:237 －240.