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Toeplitz结构在信号检测中的应用

Toeplitz结构在信号检测中的应用

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作者：孙昭乾西安电子科技大学

学位级别：硕士

雷达的工作任务中,首要的是在接收到的回波信号中检测是否有目标。经典方法对辅助数据的数量有较高的要求,然而在实际的雷达检测环境中,存在许多致使杂波数据非均匀的因素,辅助数据中可能与待测单元数据不是独立同分布的,难以收集足够... 详细信息

雷达的工作任务中,首要的是在接收到的回波信号中检测是否有目标。经典方法对辅助数据的数量有较高的要求,然而在实际的雷达检测环境中,存在许多致使杂波数据非均匀的因素,辅助数据中可能与待测单元数据不是独立同分布的,难以收集足够的无目标辅助数据以满足训练需求。为了解决小样本情况导致检测性能下降的问题,许多研究工作利用了杂波的结构信息。由雷达系统或杂波类型带来的协方差矩阵的特殊结构,可用于改善检测器的性能。目前已有许多可以在预先假设已知结构的存在时优化检测性能自适应决策方案,但实际过程可能不可预测地偏离设计假设。本文主要针对训练样本不足时的目标检测问题和实际接收数据的结构偏离预先假设的问题进行了研究。首先,本文介绍了信号处理背景下,对于复高斯杂波的几种常用的估计Toeplitz矩阵的算法,通过仿真数据对估计方法的误差进行了分析,并对比了两种迭代算法的运行时间,为文中后续分类和检测过程选择了合适的估计方法。其次,研究了基于中央对称Toeplitz结构信息的自适应信号检测。利用自适应匹配滤波器的全自适应性,在原有的杂波谱对称结构和共轭Toeplitz结构的基础上,将中央对称Toeplitz结构应用于自适应目标检测中,通过仿真数据和实测数据,验证了提出方法所需训练样本数降低而检测性能提高。然后,考虑了协方差分类技术在自适应检测中的应用。提出了一种基于模型顺序分类理论的协方差结构分类技术,在原有共轭、谱对称、中心共轭和中心谱对称结构的基础上,加入了共轭Toeplitz和中央对称Toeplitz这两种结构,对协方差模型进行了更精确的划分。通过仿真数据和实测数据,验证了提出的分类技术的性能。最后,设计了应用Toeplitz结构的先分类再检测的信号检测体系研究。将共轭Toeplitz和中央对称Toeplitz结构纳入协方差模型中,设计了一种基于MOS理论的先分类再检测的检测体系,其包括判断协方差结构的分类阶段,使用最合适的选择结果进行检测的检测阶段。对检测器组和保证虚警概率的检测门限进行了讨论。使用仿真数据和实测数据,对所提出的检测体系的检测效果的提升进行了证明。

关键词：自适应检测 Toeplitz 谱对称协方差结构分类先分类再检测

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基于杂波结构的雷达自适应检测算法

基于杂波结构的雷达自适应检测算法

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作者：刘莎西安电子科技大学

学位级别：硕士

雷达,作为一种电磁传感装置,广泛应用于军事领域,在民用领域也诸多涉及。其中,目标检测是雷达后续进行定位、识别和跟踪等操作的基础。由于杂波环境的复杂性,传统目标检测算法应用于实际环境时,很难找到足够多与待检测单元数据独立同分... 详细信息

雷达,作为一种电磁传感装置,广泛应用于军事领域,在民用领域也诸多涉及。其中,目标检测是雷达后续进行定位、识别和跟踪等操作的基础。由于杂波环境的复杂性,传统目标检测算法应用于实际环境时,很难找到足够多与待检测单元数据独立同分布的训练样本,导致杂波协方差矩阵估计准确度下降,致使检测性能达不到预期效果。针对上述问题,本文研究了小样本环境下基于杂波协方差矩阵结构的雷达目标自适应检测算法,利用了杂波协方差矩阵的中央共轭对称性(persymmetry)和谱对称性,其中谱对称性,反映到协方差矩阵结构上是指协方差矩阵为实矩阵。本文的主要工作如下:1、对雷达杂波的实测数据进行了统计分析,包括幅度特性和协方差矩阵结构特性,为后续检测过程中杂波的建模和协方差结构的利用提供了先验信息。本文利用二元假设检验设计了一种谱对称性的感知方法,并用仿真数据和实测数据进行了验证。2、结合杂波的谱对称性和杂波协方差矩阵的中央共轭对称性,设计了一种新的协方差矩阵估计方法,提出了一种基于杂波协方差结构的自适应匹配滤波检测方法。理论上来讲,在同等条件下新方法可以使训练样本数据减少为传统方法的1/4而不影响检测性能。并通过实测数据和仿真数据验证了目标检测性能的提升。3、设计了复合高斯杂波环境下基于伽玛纹理的分布式Rao,Wald和GLRT检测算法,其中利用了杂波协方差矩阵结构的中央共轭对称性。证明了三种检测方法关于杂波协方差矩阵结构具有恒虚警特性。最后使用仿真数据和实测数据验证了所提检测方法的性能。结果发现,当训练样本比较少时新检测算法的检测性能优于传统的三种检测器,另外,提出的分布式Rao检测算法在失配情况下最稳健。

关键词：自适应检测中央共轭对称谱对称实测数据恒虚警

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