基于盖尔圆盘定理的天基双基地雷达CFAR检测

作     者：蔡嘉楠 

作者单位：贵州师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡圣波

授予年度：2021年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：天基双基地雷达 杂波仿真 盖尔圆盘定理 雷达目标检测 

摘      要：天基双基地雷达是一种新概念雷达,已列入多个国家的重点发展计划,并且在月球表面观测、地面运动目标识别、雷达预警等方面得到应用。但在复杂的背景环境下,杂波往往是非均匀与非平稳的。因此,将杂波建模为简单的高斯分布不再符合恒虚警检测的条件,并且不能保证参考单元与检测单元独立同分布,从而带来检测性能下降的问题。为此本论文通过分析杂波幅度起伏统计模型,杂波仿真方法,雷达信号采样模型,目标检测算法以及盖尔圆盘定理,开展了天基双基地雷达系统杂波建模以及恒虚警目标检测研究。主要内容有:(1)论述与论文相关的基本理论和方法。首先,根据雷达的信号模型,分析了杂波幅度起伏统计模型和杂波仿真方法。接着,论述经典雷达目标检测算法,分析恒虚警检测(Constant False Alarm Rate,CFAR)的必要性,给出了单元平均恒虚警检测的参数。最后,叙述了盖尔圆盘定理及其运用。(2)提出一种天基双基地雷达杂波的建模方法。通过分割雷达杂波散射单元,推导了天基双基地雷达系统下杂波等距离环的求解方法;分析了天基雷达几何场景中发射机与接收机坐标系之间以及雷达与天线坐标系之间的转换关系,考虑了地球自转与杂波多普勒频率对天基雷达建模的影响,建立了天基双基地雷达的杂波回波模型,完成了杂波建模的数值计算。(3)提出一种基于盖尔圆盘定理的天基双基地雷达系统检测算法。采用盖尔圆盘定理,运用蒙特卡洛法进行数值计算,结果表明所提出的新检测统计量T具有更好鲁棒恒虚警性质。其中,构造的新检测统计量T为检测单元(Detecting Unit,CUT)协方差矩阵的盖尔圆盘半径和与参考单元均值矩阵的盖尔圆盘半径和之比。同时,通过数值计算探究了K分布杂波模型和天基双基地雷达杂波模型下目标检测性能,结果表明提出的T检测性能均优于Log-Euclidean(LE)均值矩阵CFAR检测统计量和快速傅里叶变换恒虚警检测(Fast Fourier transform Constant False Alarm Rate,FFT-CFAR)的检测统计量,并且所提方法计算复杂度较低,为今后研究雷达目标检测性能提供重要理论基础和新思路。