基于门限与多点近邻约束联合判决的DSSS检测判决方法

摘要

本发明公开了一种基于门限与多点近邻约束联合判决的直接序列扩频信号检测判决方法。与传统仅基于信噪比门限判决的多次驻留检测判决方法相比，本发明利用短时间内雷达目标的距离和速度不会发生跳变，满足一定的运动规律的原理，通过测量前后两次检测获得的目标伪码相位延迟测量结果的差值与多普勒频率测量结果的差值范围，有效地避免了存在干扰且干扰功率强于目标回波功率场景下，发生漏检或错检的情况，降低了虚警或错检概率，提高了在低信噪比情况下的检测概率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于门限与多点近邻约束联合判决的直接序列扩频信号(DSSS)检测判决方法，属于无线电测量领域。

背景技术

在无线电测量领域中，为了实现对目标的有效检测，并降低虚警概率，通常在单次检测的基础上进行多次驻留检测，常用的多次驻留检测方法有：M/N检测、1+M/N检测和唐检测等。这些检测方法根据设置的信噪比门限对连续多次检测结果进行检测判决，根据超过信噪比门限的检测次数和状态判决是否检测到目标，可以有效降低虚警概率和错捕概率。

在目标回波信号较微弱的应用场合，在虚警概率恒定的条件下，通过增加唐检测器的上行门限可以提高检测算法的检测概率，但所付出的代价是搜索速度的降低和总检测时间的增加。为了进一步降低虚警概率和错捕概率，除了改变信噪比门限条件外，可以根据目标运动规律对多次超过信噪比门限的检测结果进行约束判决。2011年马琳和崔嵬在《电子与信息学报》第33卷第8期第1745页至1749页发表的“极低信噪比环境下含近邻约束的改进唐检测判决算法”提出了引入前后两次单次峰值检测的伪码相位估计值之差在一定范围内的近邻约束作为上/下行计数器值增减的条件，当相邻两次检测得到的伪码相位之差不超过一定的相位门限时才认为检测到目标。由于目标的运动速度有限，在相邻两次检测过程中，目标的位置变化满足一定的距离约束，因此在存在目标的情况下，前后两次相邻检测得到的伪码相位之差不超过一定的相位门限；在不存在目标的情况下，由于产生虚警的伪码相位是随机的，前后两次检测得到的伪码相位之差不超过一定门限的概率很小，因此，大大降低了虚警概率。

但是，该方法的不足是：(1)传统方法选用相邻两次检测的峰值进行约束判决，然而，在门限信噪比附近，峰值选大易受噪声影响码相位或多普勒频率估计错误，如果其中一次检测中回波信号存在干扰信号，且干扰信号能量大于目标信号能量，该方法仅根据当前干扰信号的检测结果和相邻检测的测量结果进行伪码相位约束判决，且不满足约束判决条件，会发生漏检，降低了检测概率。(2)在存在伪码相位估计残差的情况下，相关结果主瓣包含多个伪码相位单元，如果主瓣最大能量所在的伪码相位单元受到干扰，会导致本次检测的测量结果出错，此时，和相邻的检测的测量结果进行伪码相位约束判决，不满足约束判决条件，会发生漏检，降低了检测概率。

因此，本发明提供了一种技术方案解决了以上问题，国内外未见相关报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供了一种基于门限与多点近邻约束联合判决的DSSS检测判决方法，该方法能够在虚警概率恒定的条件下有效地提升目标的检测概率，降低驻留次数，提高对微弱目标的检测能力。

一种基于门限与多点近邻约束联合判决的DSSS检测判决方法，利用无线电测量设备对目标进行检测，在单次检测的基础上，采用二次检测法对检测结果进行过门限检测，分别获得前一次伪码延迟相位和多普勒频率的所有测量结果以及后一次伪码延迟相位和多普勒频率的所有测量结果；其特征在于：将前一次伪码延迟相位和多普勒频率测量结果中的每个测量结果，分别与后一次伪码延迟相位和多普勒频率测量结果中的每个测量结果，按照下述方法进行约束判决，具体为：

假定目标满足的一种运动模型，结合前后两次多普勒频率测量结果，获得相邻两次检测之间的时间间隔t内的预测运动距离；根据前后两次伪码延迟相位，分别获得第一次无线电测量设备与目标之间的相对距离，以及第二次无线电测量设备与目标之间的相对距离；之后，获得前后两次相对距离之差：

若预测运动距离与前后两次检测的相对距离之差的差值范围在设定距离余量之内，则认为判决结果满足运动规律检测判决；反之不满足运动规律检测判决；

若前一次伪码延迟相位和多普勒频率测量结果中的任一测量结果与后一次伪码延迟相位和多普勒频率测量结果中的所有测量结果的判决结果都不满足运动规律检测判决，则认为是误检测，继续进行目标检测；否则，判断满足运动规律检测判决结果的个数，如果存在多个判决结果满足运动规律检测判决时，则所有满足判决结果的组合中，距离误差最小的组合中，所对应的前一次或后一次的伪码延迟相位和多普勒频率测量结果，作为本次检测的测量结果输出，并判决存在目标；

如果只有一个判决结果满足运动规律检测判决时，该组合所对应的前一次/后一次的伪码延迟相位和多普勒频率测量结果，作为本次检测的测量结果输出，并判决存在目标。

较佳地，所述结合前后两次多普勒频率测量结果，获得相邻两次检测之间的时间间隔t内的预测运动距离的具体实现方法为：

步骤1.1、根据速度测量结果与多普勒频率测量结果之间的对应关系，获得速度测量结果；

步骤1.2、根据目标的运动模型，利用步骤一中获得的速度测量结果，获得目标在时间间隔t内的预测运动距离。

较佳地，所述根据前后两次伪码延迟相位，获得前后两次检测的相对距离之差的具体实现方法为：

步骤2.1、根据前后两次检测的相对距离与伪码延迟相位之间的对应关系，获得前后两次检测的相对距离；

步骤2.2、将步骤一中的前后两次检测的相对距离做差值处理，获得前后两次检测的相对距离之差。

较佳地，从前一次伪码延迟相位和多普勒频率测量结果和后一次伪码延迟相位和多普勒频率测量结果中，分别取前q个和前k个测量结果进行约束判决，其中，q和k根据工程需求确定。

较佳地，目标满足的匀加速运动模型，获得相邻两次检测之间的时间间隔t内的预测运动距离其中v₁前一次检测的速度，后一次检测的速度。

有益效果：

与传统仅基于信噪比门限判决的多次驻留检测判决方法相比，本发明利用短时间内雷达目标的距离和速度不会发生跳变，满足一定的运动规律的原理，通过测量前后两次检测获得的目标伪码相位延迟测量结果的差值与多普勒频率测量结果的差值范围，有效地避免了存在干扰且干扰功率强于目标回波功率场景下，发生漏检或错检的情况，降低了虚警或错检概率，提高了在低信噪比情况下的检测概率。

附图说明

图1为基于门限与多点近邻约束联合判决准则的多次驻留检测判决算法示意图。

图2为前后两次检测测量结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举两个实施例，对本发明进行详细描述。

在基于直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)的无线电测量系统中，回波信号伪码相位延迟对应于系统与目标之间额距离信息，多普勒频率对应于系统与目标之间的相对径向速度。在短时间内雷达目标的距离和速度不会发生跳变，应该满足一定的运动规律，即前后两次检测获得的目标伪码相位延迟测量结果的差值与多普勒频率测量结果存在一定的内在关系。因此，可以根据目标的运动模型，对相邻两次检测中信噪比过门限的多个检测结果对应的伪码相位延迟测量结果进行二次约束判决。由于干扰信号及信号旁瓣的检测结果满足运动规律的可能性很小，引入运动规律检测对单载波干扰、多址干扰等情况均具有显著的抑制作用。考虑到雷达目标的特性，本发明在二次检测中采用匀速运动模型对检测结果进行运动规律判决。

在目标检测过程中，当无线电测量系统采用M/N，1+M/N，Tong检测等二次检测方法并检测到目标后，对二次检测相邻的两次检测的测量结果进行运动规律判决，如图1所示，其具体实现方法如下：

步骤一、获得前后两次检测中，过信噪比门限的所有伪码相位-多普勒频率单元所对应的伪码延迟相位和多普勒频率测量结果。

设相邻两次检测之间的时间差为t，前一次检测中有L个伪码相位-多普勒频率单元的信噪比超过信噪比门限，取全部伪码相位-多普勒频率单元或根据工程需求，取其中前q个伪码相位-多普勒频率单元，按信噪比由大到小进行排序，其伪码相位-多普勒频率单元对应的伪码延迟相位和多普勒频率测量结果分别为(θ₁,f_d1),(θ₂,f_d2),…,(θ_q,f_dq)。后一次检测中有K个伪码相位-多普勒频率单元的信噪比超过信噪比门限,取全部伪码相位-多普勒频率单元或根据工程需求，取其中前k个伪码相位-多普勒频率单元，按信噪比由大到小进行排序，其对应的伪码延迟相位和多普勒频率测量结果分别为

步骤二、分别对前后两次检测获得的所有伪码延迟相位和多普勒频率测量结果，结合目标运动模型，进行运动规律约束判决。

步骤2.1、从前一次检测的测量结果中，任取其中一个测量结果，与后一次检测的测量结果中的所有测量结果进行对比。首先，以前一次检测的某一测量结果为(θ₁,f_d1)，以及后一次检测的某一测量结果为为例进行说明。假定目标满足某运动模型，在此以匀加速运动模型为例，根据目标相对距离与伪码相位的对应关系以及多普勒频率与目标相对速度的对应关系，可换算出前后两次无线电测量设备相对目标的相对距离R和速度测量结果v分别为和其中，R₁是前一次检测的相对距离，v₁前一次检测的速度，后一次检测的相对距离,后一次检测的速度。λ为发射信号载波波长，c为光速。

步骤2.2、根据匀加速运动模型，可计算出目标在时间间隔t内的预测运动距离S，其中

步骤2.3、设置的距离余量Δr，作为前后两次检测的距离测量结果的距离判决门限，可以判断前后两次检测获得的伪码延迟相位和多普勒频率测量结果是否满足运动规律。若则认为检测结果满足运动规律，没有发生误检测；反之判定为误检测。

步骤2.4、按步骤2.1至步骤2.3的方法，将前一次检测的某一测量结果分别与后一次检测的所有测量结果进行运动规律约束判决。

步骤三、按步骤二的方法，遍历前一次检测的所有测量结果。若前一次伪码延迟相位和多普勒频率测量结果中的任一测量结果与后一次伪码延迟相位和多普勒频率测量结果中的所有测量结果的判决结果都不满足运动规律检测判决，则认为是误检测，继续进行目标检测；否则，判断满足运动规律检测判决结果的个数，如果存在多个判决结果满足运动规律检测判决时，则所有满足判决结果的组合中，距离误差最小的组合中，所对应的前一次或后一次的任意一个伪码延迟相位和多普勒频率测量结果，作为本次检测的测量结果输出，并判决存在目标；如果只有一个判决结果满足运动规律检测判决时，该组合所对应的前一次或后一次的任意一个伪码延迟相位和多普勒频率测量结果，作为本次检测的测量结果输出，并判决存在目标。

具体实施例：

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，下面参照附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

本实施例中，假设发射信号载波频率为f_c＝10GHz，光速为c＝3×10⁸m/s，载波波长λ＝0.03m，伪码速率为8MHz，伪码长度为8191，一个伪码周期为1.023ms，一个伪码码片宽度为0.125us，码片搜索间隔为半个码片，则最大伪码测量误差为0.0625us,接收信号多普勒频率范围|f_d|≤30kHz，多普勒频率搜索间隔为500Hz，则单次检测多普勒频率最大测量误差为250Hz，相邻两次检测之间的时间为500ms，前后两次检测测量结果如图2所示，第一次检测有3个伪码相位-多普勒频率单元超过信噪比门限，对应的伪码相位和多普勒频率测量结果分别为(θ₁,f_d1),(θ₂,f_d2),(θ₃,f_d3)，第二次检测有2个伪码相位-多普勒频率单元超过信噪比门限，对应的伪码相位和多普勒频率测量结果分别为

1)根据所述的已知信息计算相邻两次检测之间的时间间隔t＝500ms；

2)根据第一次检测获得的第一组伪码相位和多普勒频率的测量值(θ₁,f_d1)，可以获得目标的相对距离和速度测量结果分别为和同理，根据第二次、检测获得的第一组伪码相位和多普勒频率的测量值可以获得目标的相对距离和速度测量结果分别为和

3)根据匀加速运动模型，对前一次、检测的测量结果(θ₁,f_d1)和后一次检测的测量结果进行运动规律约束判决；根据目标相对距离与伪码相位的对应关系以及多普勒频率与目标相对速度的对应关系，换算出前后两次检测的相对距离和速度测量结果分别为和其中λ为发射信号载波波长，c为光速。

4)根据匀加速运动模型，可计算出目标在时间间隔t＝500ms内的预测运动距离S，其中根据设置的距离余量Δr，作为前后两次检测的距离测量结果的距离判决门限，可以判断前后两次检测获得的伪码延迟相位和多普勒频率测量结果是否满足运动规律。若则认为检测结果满足运动规律，没有发生误检测，并记录距离误差结果反之判定为误检测。

5)如图2所示，重复步骤3)和4)，将前一次依次检测的第一组过门限测量结果(θ₁,f_d1)与后一次检测的第二组测量结果进行上述运动规律约束判决。依次类推，将前一次依次检测的第二组过门限测量结果(θ₂,f_d2)和第三组过门限测量结果(θ₃,f_d3)分别与后一次检测的所有测量结果和进行上述运动规律约束判决。

6)当所有组合都完成运动规律约束判决后，如果前一次检测的某一测量结果与后一次检测的所有测量结果的判决结果都不满足运动规律检测判决，则认为是误检测，继续进行雷达检测；如果上述判决结果存在多个判决结果满足运动规律检测判决时，则所有满足判决结果的组合中，距离误差最小的组合中，所对应的前一次/后一次的伪码延迟相位和多普勒频率测量结果，作为这两次检测的测量结果。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。