近距离慢速目标检测杂波抑制方法 .pdfVIP

近距离慢速目标检测杂波抑制方法

郑霖;姚伟伟;杨超;仇洪冰

【摘要】针对强杂波环境下近距慢速运动目标检测问题,该文提出一种基于相位编

码及子空间投影的杂波抑制方法.主要对周期探测信号调制Chirp相位编码,通过回

波慢时间维解码使杂波近似白化,降低杂波与目标回波相关性,再依据白化后杂波及

有用信号成分自相关性差异分离出信号和杂波干扰子空间;最后将接收信号投影至

正交于杂波子空间的信号子空间来抑制杂波.由于该方法中杂波空间的构建不需要

假设杂波模型,避免了模型假设与实际环境不匹配的问题.仿真结果和实测数据处理

结果证明该方法在低信杂比条件下性能明显优于传统方法.

【期刊名称】《电子与信息学报》

【年(卷),期】2018(040)010

【总页数】7页(P2506-2512)

【关键词】杂波抑制;慢速运动目标;相位编码;子空间投影

【作者】郑霖;姚伟伟;杨超;仇洪冰

【作者单位】桂林电子科技大学无线宽带通信与信号处理广西重点实验室桂林

541004;通信网信息传输与分发技术重点实验室石家庄050081;桂林电子科技大

学无线宽带通信与信号处理广西重点实验室桂林541004;桂林电子科技大学无线

宽带通信与信号处理广西重点实验室桂林541004;桂林电子科技大学无线宽带通

信与信号处理广西重点实验室桂林541004

【正文语种】中文

【中图分类】TN953

1引言

慢速运动目标检测与跟踪是短距雷达的重要目标之一[1]。实际近距离探测环境中，

如果强杂波干扰，目标回波强度远小于杂波，使得运动目标信号往往被淹没在杂波

之中；此外，由于目标的慢速特性，低频杂波的多普勒旁瓣也会掩盖目标的多普勒

信息。因此杂波的充分抑制对于提高雷达的目标检测能力有着至关重要的意义

[2,3]。为此，基于运动目标显示(MovingTargetIndication,MTI)和相参积累的传

统杂波抑制方法被广泛应用于雷达系统。MTI是依据杂波与目标回波多普勒的差

异来滤除零频附近的杂波，保留远离零频的运动目标[4]。但MTI滤波器对处在零

频附近的目标多普勒成分衰减过大，使得对慢动目标的检测性能下降[3]。国内外

学者基于大量研究提出了许多更加有效的杂波抑制算法，这主要包括自适应动目标

显示，卡尔曼滤波，时频变换类，杂波图，恒虚警率等手段[5–9]。但对于被强杂

波淹没的慢速运动目标检测问题，上述系列方法的检测能力有限。

近年来，基于子空间的杂波抑制方法在穿墙雷达成像，无源雷达，探地雷达等领域

有广泛应用[10–13]，其核心是从接收信号特征出发分离杂波并突显目标信号。针

对强墙体杂波环境下目标成像问题，文献[10]综合比较了主成分分析(Principal

ComponentAnalysis,PCA)，独立成分分析(IndependentComponent

Analysis,ICA)，奇异值分解(SingularValueDecomposition,SVD)等子空间类方

法在墙体杂波抑制方面的应用，并通过实测数据分析了各个方法的有效性。文献

[11]针对无源雷达所面临的直达波及多径杂波问题，通过将接收信号投影至正交于

干扰子空间的信号子空间来抑制干扰，提高了目标的检测性能。文献[13]给出了探

地雷达场景下基于SVD的杂波抑制方法。但是，目前大多数基于子空间的杂波抑

制方法存在如下问题：(1)假定环境杂波模型[3,11,12]。如果待测目标所处环境与

假设不匹配，必然影响目标检测结果。(2)假定杂波子空间维数[10,13]及信号子空

间同杂波子空间的独立性[14]。现有方法大多将回波协方差矩阵特征分解的最大一

个或几个特征值所对应特征向量来表征杂波基，构建杂波子空间，而实际场景中，

杂波和信号子空间常常呈现多维度特性，并且信号子空间与杂波子空间存在一定的

相关性，也即交织特性[15,16]，交织性会使得部分信号基被分离为杂波基，最终

导致目标检测性能不足。

本文考虑到回波特征子空间多维度及交织特性，提出先运用Chirp相位编码调制

周期探测信号，由于相位编码的扩频效应，回波慢时间维解码会使得杂波干扰成分

近似白化，减弱杂波与目标回波成分的互相关性，从而降低信号子空间与杂波子空

间之间的关联性，再考虑有用信号成分与白化后杂波成分自相关性差异来分离出信

号子空间及杂波干扰子空间，最后基于最小二乘法，将接收信号投影至正交于杂波

子空间的信号子空间，从而来抑制杂波，提高目标检测性能。仿真结果和实测数据

处理结果证明了该方法在强