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1、2008年第4期中国雷达ChinaRadar29无源探测中的弱信号检测1211李玉琼,张扬,张朝柱,杨莘元(1.哈尔滨工程大学信息与通信学院,哈尔滨150001;2.海军装备研究院,北京100073)摘要:在强噪声和杂波环境下检测微弱目标的回波信号是无源探测系统中的一项关键技术。为了有效检测被淹没的回波信号,本文提出了采用长时间相干积累和单元平均恒虚警的检测方案,然后通过用径向基函数神经网络回归替代单元平均恒虚警检测器,得到了更好的检测效果。实验结果表明,原始方案和改进方案均能较好地检测出淹没在杂波和噪声中的目标回波信号,但改进方案更具优越性。关键词:无源探测;弱信号;单元平均恒虚
2、警;神经网络处理,以提高有效检测所需的信杂噪比。为了进一步提1引言高检测性能,本文提出了用神经网络回归替代单元平均恒虚警的方案,并通过实验验证了改进方案的优越性。无源探测系统是一种利用调频广播、电视信号等商用非合作辐射信号对运动目标进行探测定位与跟踪的2单元平均恒虚警雷达系统,其特点是接收系统本身不辐射任何信号,因而具有较强的隐蔽性和生存能力;另外,由于商用信号恒虚警技术是雷达目标检测中最常用的检测方法,工作频段低、天线架设高、辐射功率大,因此基于商用辐该技术可以使雷达系统检测的虚警概率保持不变,即不射源的目标探测系统具有较好的反隐身性能和低空探随杂波强度的变化而变化。恒虚警技术主
3、要有空域恒测性能。虚警和时域恒虚警。空域恒虚警中常用的有单元平均机会照射的辐射源多属于连续波体制,直达波信号恒虚警方法(CA2CFAR)、有序统计恒虚警方法(OS2很强,实际接收到的动目标回波信号远小于直达波和多CFAR)和最大似然恒虚警方法(ML2CFAR)等。路径信号。为了检测到微弱的目标回波,需要对目标回CA2CFAR方法由于具有结构简单和实现方便等波进行长时间的相干积累,然后再进行单元平均恒虚警优点被广泛采用,其结构框图如图1所示。图1CA2CFAR检测器框图雷达接收到的回波数据首先经过匹配滤波器,然后到真正的门限S,最后将检测单元Y和门限S进行比再经过包络检波输出,进入滑
4、窗检测器进行检测。CA2较,输出判决结果。在检测单元两侧各有一个保护单元CFAR中,杂波功率水平Z由参考窗中的N=2n个参Y,主要是防止目标能量泄露到参考单元而影响CA2考单元的算术平均得到,然后与归一化门限T相乘后得CFAR检测器对杂波功率水平的估计。30李玉琼,等:无源探测中的弱信号检测2008年第4期以xi、yi(i=1,⋯,N)为输入变量,以判决结果为输出3RBF神经网络及其检测原理变量。所以,可以采用RBF神经网络预测该函数,预测原理如图2所示。径向基函数(RBF)神经网络是J.Moody和C.Darken于80年代末提出的一种以函数逼近理论为基础、具有拓扑结构的前向神经
5、网络,由输入层、隐含层和输出层构成。输入层的任务是把输入数据简单映射到隐含层,以实现非线性映射,并不对输入数据进行处理;隐含层中的函数是径向对称的径向基函数,对输入进行处理以后,为输出提供数据;隐含层与输出层之间是一种线性映射关系。隐含层节点的作用函数只在局部对输入信号产生响应,只有当输入信号靠近作用函数的中央范围时,隐图2RBF预测原理含层节点才会产生较大的输出。隐含层中的径向基函数一般取为高斯函数‖x-c24仿真分析i‖Ri(x)=exp-2,i=1,2,⋯,m(1)2σi式中,x为输入向量;ci为隐含层中第i个节点作用函数选取调频广播为信号源,其频率为100MHz,目标的数据
6、中心;si为该作用函数所围绕的中心点的宽度;的径向距离约为30km,径向速度约为600m/s,采样率m为隐节点的数目,也就是作用函数数据中心的数目;为500kHz,相干积累时间约为0.2s,信噪比约为-25‖x-ci‖为向量的范数,表示x到ci之间的欧式距离。dB,匹配滤波后的结果如图3所示。输出层是对隐含层输出数据的线性映射,当选择输出层作用函数进行求和时,则输出为myk=∑wikRi(x),k=1,2,⋯,p(2)i=1式中,p为输出节点数;wik为径向基网络隐含层的输出权值。RBF神经网络需要处理的参数有三个,即隐含层中高斯函数的数据中心、隐含层中高斯函数数据中心所对应的宽度
7、以及隐含层与输出层之间的权值。三者中的重点是选取隐含层高斯函数的数据中心,数据中心确定后,可以根据下式确定径向基函数的宽度:si=di/2M(3)图3匹配滤波器的输出图式中,di为第i个数据中心与其他数据中心之间的最由图3可知,匹配滤波后的目标回波与噪声差别不大距离;M为所选取数据中心的数量。大,噪声功率仍然很强。确定隐含层高斯函数的数据中心和宽度后,由于隐(1)恒虚警检测含层与输出层之间是一种线性关系,因此可以采用最小目标回波经匹配滤波后的恒虚警处理结果如图4二乘法
