第二讲噪声中非起伏信号检测和非相参积累检测和处理

1、第二讲 主要内容 第一部分 噪声中非起伏信号的检测 -1、引言 -2、连续信号检测 -3、离散信号检测 第二部分 雷达信号的非相参积累检测和处理 -1、引言 -2、双门限成组检测器 -3、二分层大滑窗检测器 -4、成组滑动滑窗检测器-BMWD 第一部分 噪声中非起伏信号的检测 1 引言 一、假设一、假设 高斯平稳白噪声背景高斯平稳白噪声背景 回波信号非起伏回波信号非起伏 二、适用范围二、适用范围 远距离无杂波区远距离无杂波区 射电天文射电天文 三、分类三、分类 连续信号检测连续信号检测 离散信号检测离散信号检测 050100150200250300350400450500 -4 -2 0 2

2、4 050100150200250300350400450500 0 2 4 6 8 10 高斯白噪声和噪声包络示意图 2 连续信号检测 一、概率密度函数 2 2 , V t Ntn n V PVVe,VV 和为噪声包络幅度和标准偏差 信号+噪声 包络 噪声包络 0 n S aSIaV 为信噪比(电压)， 为信号幅度，为零阶贝塞尔函数 aVIVVP aV NS02 22 exp 相差越大和越大VPVPa NSn , 2 连续信号检测 二、检测的描述 anf f an Iad Ia d PP PH PH PP PH PH 1 1 0 0 1 1 判有，虚警 判无，正确不发现 判无，漏报 判有，发

3、现 fd PP 和一般仅用 2 连续信号检测 df PP三、和 22 0 0 22 0 0 VV f V n PVedVe Vt V 归 一 化 门 限 2 连续信号检测 0 22 0 22 0 0 2 0 0 exp 2 d V n Va n n Va PVIaV dV V eIaV a 曲线供查阅、有大量 fd PP 信噪比、检测概率和虚警概率的关系曲线示意图 0 a fd PVP给定 0 2 ln f VP 2ln f dSN P PPV dV 2 连续信号检测 实际中分析的步骤： 其中： 例: 虚警概率的确定 1 d F a fafa T P TTB 虚警间隔时间 虚警持续时间 例：B

4、=1MHz，Tfa=1s，则PFa=10-6。 四、检波的影响 2 连续信号检测 1、线性检波 VP KdY dV VPYP NSNSNS 1 0 Y KVY 0 0 V V K Y aI a K Y K Y 0 2 2 2 exp 2 2 2 22 22 exp 2 exp 2 N SN YY PY KK Y Z K Za PZZIaZ 令 视 放 输 出 故 2 exp 2 N Z PZZ 检波前后形式相同 2 连续信号检测 2、平方律检波 K Y Z K Y K YP K Y aI a K YP N K Y NS 2 2 exp 2 1 2 exp 2 1 2 令视放输出 0 0 V V

5、 0 2 Y KVY 2 连续信号检测 00df PPYZ ZYYf V 考虑检波后的、及门限或求解 ，均为单调函数 ZZP ZaI aZ ZP N NS exp 2 2 2 exp 0 2 000 YZV NSNSNSd dVVPdZZPdYYPP有： 000 fNNN YZV PPY dYPZ dZPV dV 2 连续信号检测 00 0 ( ) fd fd fd ZYPP VPP PP ，则检波后的和与检波前 考虑 包络 门限为时的和相同。 即：经检波后，要获得相同的和，仅改变 门限即可。 ，且或可见检波后的门限设为 0000 )(VfYZY 000fd PVYZP知 2 连续信号检测 3

6、 离散信号检测 一、回波信号离散化（数字化）：幅度量化，距离量化 1、幅度量化：二分层、多分层 二分层方法 p 幅度过门限法：简单，但目标分裂，比较器实现 p 正斜率过门限法：不分裂，前沿抖动使检测概率下降 p 窄脉冲采样法：可实现多分层，配合A/D实现,816bit *平均法：性能好，复杂（应用较少） *峰值过门限法：实现复杂，不分裂（应用较少） 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 幅度过门限和正斜率过门限方法示意图 2、距离量化（距离门/距离单元） max R RM R 脉宽 ，间隔数 3 离散信号检测 fd PP二、和 * df PP以上和为第一门限时的发现和

7、虚警概率 同法，与连续信号基本相、二分层：幅度过门限1 2 df PP、多分层：经数字门限后，与二分层、相同 3 离散信号检测 第二部分 雷达信号的非相参积累检测和处理 1 引言 一、积累的目的 dBNSNS1812，应达改善 %90%501010 86 DFDF PPPP，要求：、满足 N积累数为波束内击中数为最大可 r K T T N 360 重复周期天线转一圈时间，点间夹角，波束 rK TTdB3 二、积累数 例：雷达转速10转/分钟，波束宽度3度，重 复周期1ms，则击中数：N=50。 三、机理 四、双门限概念 波束内同一距离间隔不同方向的目标回波具有相关性，而 噪声不相关，积累可增大

8、S/N。 第一门限：二分层中的门限V0，过门限为1，反之为0 第二门限：同一距离间隔中，沿方位设一滑窗宽为m， 窗内“1”个数大于K时判有目标，门限为K/m 1 引言 第一门限在距离向实现二分层 第二门限在方位向实现积累 五、假设 天线方向图为矩形 目标非起伏 1 引言 ,1 ,1 dddd nnnn pqpq pqpq + + 第一门限 目标区： 噪声区： 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 脉冲1 脉冲N *双门限成组检测器 *大滑窗检测器 *双极点滤波检测器 六、主要类型 1 引言 2 双门限成组检测器 工作方式 相控阵烧穿式(burn out)工作模式 ”分

9、布为：”、“离的“成组滑窗处理，同一距 也适合个转到另一指向又发个脉冲指向某方位发射 10 ,mm 1 8 01110101 指向 m 2 8 10011010 指向 3 8 01101011 指向 4 8 11011011 指向 组宽：m=8 第二门限：K F P一、 有仅有噪声判 D P二、 目标区 三、测角精度 )(一般为波束宽度等于方位上步进的角度 m Ki im d i d i mD qpCP dd qp 、 m Ki im n i n i mF qpCP nn qp 、 2 双门限成组检测器 mK OPT 四、 准则：NP ；最小之，使、或给定KamPP DF 步骤求mK OPT

10、appKmPP dnDF 、，给一个、知 OPT KafKK得，重复给不同 ；最大之，使、给定KPaPm DF 2 双门限成组检测器 3 二分层大滑窗检测器 一、原理 m滑窗宽 M波束内击中数 大滑窗 小滑窗当 Mm Mm 准则 21 : : KKj mj mK 或一般 终了 起始 起始 终了 方位中心 修正量 修正量 始终 始 始终 2 2 3 二分层大滑窗检测器 2 m 方位角中心估计修正示意图 3 二分层大滑窗检测器 二、性能 11 1 11 1 Km n K n K m n Km n K n K mnF qpC pqpCqP qn pn 0 11011011.1101 1 m-1 一次

11、虚警出现的条件： 上一个窗里面有K-1个1 下一个进来的是一个1 上一个窗的第一个不是1 滑窗检测虚警概率计算示意图 3 二分层大滑窗检测器 10 nnD qpP，令噪声区计算： 3 二分层大滑窗检测器 )(发现次检测首次起始在第i KiqpCpqpCqP Ki S K S K iS Ki S K S K inDi 1 1 11 1 在第i个位置检测首次起始的条件： 上一个窗里面有K-1个1，且是在目标区的i-1个 单元里面 下一个进来的是一个1 上一个窗的第一个单元不是1 3 二分层大滑窗检测器 OPT K三、 SD pKmfP， 搜索法步骤： 0 , , VppK mPP nS FD 给一

12、个 ；知 aVpS 0 、 KfaK重复上两步，得对所有 有一范围 OPT K 3 二分层大滑窗检测器 经验公式 取整mK OPT 5 .1 95 1010 %90%50 F D P P条件： 954.5 166 OPT OPT mK mK 例：取整 3 二分层大滑窗检测器 四、测角方差 和中心的角度分别为目标起始、终了、 cjK 修正量 2 jK c 常数略修正量为相关的随机变量，忽和 jK 2 jK c 均值 jKjKjKc 2 2 1 22 方差 相关系数 3 二分层大滑窗检测器 10 jK 由于 jK K cjK 1 2 则由对称性原理： Kc 1707. 0故 3 二分层大滑窗检测器 Kc K K K D d P PK 1707. 0 得到 ，求 求 处的算出不同 步骤 3 二分层大滑窗检测器 五、实现 寄存器宽度为m 存回RAM的为丢掉一 位老信息后的“0”、 “1”值，宽度为m-1 4 成组滑动滑窗检测器 BMWD 一、原理 ，每次滑过一组，第三门限第二门限组门限 m M SSLmK ，则判为目标小组中过门限组数小组，若中共有 判发现准则： LSSM 4 成组滑动滑窗检测器 BMWD FD PP、二、 组内的检测概率 D P、1 1 m i m ii mdmSS i K PC pp 1 1 1 j L S LL Djmdmd j L PCP