噪声中宽带雷达的目标检测性能

陈希信

(南京电子技术研究所，南京 210039)



噪声中宽带雷达的目标检测性能

陈希信

(南京电子技术研究所，南京 210039)

将宽带雷达的高分辨目标检测视为随机幅度随机相位非相参脉冲串检测问题，研究了高斯白噪声中高分辨目标的检测性能，并与窄带点目标的检测性能进行比较。分析表明，宽带雷达在信噪比较高时检测概率也较高，优于窄带雷达，但是宽带雷达的带宽不能过大，将目标分辨为5～10个距离单元为宜。

宽带雷达；窄带雷达；检测性能

0 引 言

宽带雷达具有高的距离分辨能力，脉压后目标分布于多个距离单元上，成为距离扩展目标，其检测呈现出区别于窄带雷达点目标的新特点，近年来受到了广泛关注。文献[1]较早研究了高斯杂波背景下的宽带目标检测问题，发现能量积累检测器具有良好的检测性能，优于常规的窄带检测。文献[2]在非高斯背景下提出了具有恒虚警率的独立于散射点分布密度的广义似然比检测器。文献[3]采用广义似然比检测理论研究了目标在距离和多普勒域同时扩展的情况，针对目标散射点被建模为确定性未知和高斯随机2种情况进行了深入的研究。文献[4]研究了高斯白噪声中机动飞行距离扩展目标的检测问题，提出了一种基于两维非线性灰度收缩图的检测方法。文献[5]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率的双门限广义似然比检测器。这些文献研究了各种宽带检测器的性能，但是忽略了一个重要问题，即雷达带宽取多大时最有利于检测。在高斯白噪声背景下，该文将宽带雷达高分辨目标检测视为随机幅度随机相位非相参脉冲串检测，研究能量积累检测器的性能，并与窄带目标检测进行比较，在此基础上给出雷达带宽选取的建议。

1 检测性能

假设脉压后宽带目标跨越K个距离单元，这些单元上的信号表示为：

x(k)=akejφk+w(k),k=1,2,…,K

(1)

假设各目标信号幅度是服从相同瑞利分布的统计独立随机变量，即：

(2)

通常目标结构特征是未知的，在此情况下高分辨目标检测与随机幅度随机相位非相参脉冲串检测相似，因此构造如下的归一化检验统计量：

(3)

易知ξ服从2K个自由度的非中心χ2分布，即：

(4)

式中：IK-1(·)为第一类K-1阶修正贝塞尔函数，非中心参量α为：

(5)

(6)

(7)

设检测门限为ξT，于是得到检测概率为：

令ε1=0，得到虚警概率与检测门限的关系式：

(9)

当K=1时，式(8)和(9)成为窄带目标检测的检测概率和虚警概率公式，即：

(10)

(11)

式(9)和式(11)中虚警概率与检测门限的关系如图1所示。可见对于式(3)的检验统计量，对某个虚警概率，目标分辨单元越多，检测门限越高。

图1 虚警概率与检测门限的关系

(12)

2 检测性能曲线

对应于不同的雷达带宽，假设目标分辨单元数K取3, 5, 10, 15，在虚警概率10-4，10-5，10-6下，图2～图4给出了检测概率随信噪比的变化曲线，图中信噪比表示窄带的ε2，宽带时各分辨单元的信噪比为ε1=ε2/K。

图2 检测概率曲线(PF=10-4)

在宽带积累信噪比与窄带信噪比相同的条件下，由图2～图4可见：(1)若信噪比较高，则宽带雷达的检测概率也较高，优于窄带雷达；(2)当分辨单

图3 检测概率曲线(PF=10-5)

图4 检测概率曲线(PF=10-6)

元数增加时会导致检测性能损失，因此宽带雷达的带宽不能过大，折衷考虑检测概率与信噪比，将目标分辨为5～10个单元是合适的选择；(3)如果目标实际尺寸或者分辨单元数估计不准时，若仅偏大几个单元，则性能损失不超过1 dB。

3 结束语

宽带雷达的高分辨目标检测与窄带点目标检测相比呈现出新特点，但是在高斯白噪声背景下，它类似于随机幅度随机相位非相参脉冲串的检测。根据该思路，文中研究了噪声中高分辨目标的检测性能，并与点目标检测进行比较。对于较高的信噪比，宽带雷达具有高检测概率，优于窄带雷达，但是宽带雷达的带宽不能过大，折衷考虑检测概率与信噪比，发现将目标分辨为5～10个距离单元是比较合适的，另外，当目标单元数估计不准确时，适当增加几个单元带来的性能损失并不大。

[1] Hughes P K.A high-resolution radar detection strategy[J].IEEE Trans.On AES,1983,19(5):663-667.

[2] Gerlach K.Spatially distributed targets detection in non-Gaussian clutter[J].IEEE Transactions on AES,1999,35(3):926-934.

[3] Bon N,Khenchaf A,Garello R.GLRT subspace detection for range and Doppler distributed targets[J].IEEE Transactions on AES,2008,44(2):678-695.

[4] Shui P L,Xu S W,Liu H W.Range-spread target detection using consecutive HRRPs[J].IEEE Transactions on AES,2011,47(1):647-665.

[5] 关键,张晓利,简涛.分布式目标的子空间双门限GLRT-CFAR检测[J].电子学报,2012,40(9):1759-1764.

Target Detection Performance of Wideband Radar in Noise

CHEN Xi-xin

(Nanjing Research Institute of Electronics Technology,Nanjing 210039,China )

Taking high resolution target detection of wideband radar as the detection of noncoherent pulse train with stochastic amplitude and stochastic phase,this paper studies the detection performance of high resolution target in Gauss white noise,and compares it with the detection performance of narrowband point target.The analysis results show that the detection probability of wideband radar is high and superior to that of narrowband radar when the signal to noise ratio (SNR) is higher,but the bandwidth of wideband radar can not be too wide,and it is appropriate for the wideband radar to resolve the target into 5～10 range cells.

wideband radar;narrowband radar;detection performance

2014-10-24

TN957.51

A

CN32-1413(2015)04-0074-02

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.04.019