雷达目标检测性能分析

雷达目标检测实例雷达对Swerling起伏目标检测性能分析1.雷达截面积(RCS)的涵义2.目标RCS起伏模型3.雷达检测概率、虚警概率推导4.仿真结果与分析1.雷达截面积的涵义雷达通过发射和接收电磁波来探测目标。雷达发射的电磁波打在目标上，目标会将入射电磁波向不同方向散射。其中有一部分向雷达方向散射。雷达截面积就是衡量目标反射电磁波能力的参数。1.雷达截面积的涵义雷达截面积(RadarCrossSection,RCS)定义:22o24π4π4π4π()4πoiiPPRmPPR返回雷达接收机单位立体角内的回波功率入射功率密度在远场条件下，目标处每单位入射功率密度在雷达接收机处每单位立体角内产生的反射功率乘以4π。R表示目标与雷达之间的距离，Po、Pi分别为目标反射回的总功率和雷达发射总功率目标RCS和目标的几何横截面是两个不同的概念复杂目标在不同照射方向上的RCS不同动目标同一方向不同时刻的RCS不同目标RCS是起伏变化的，目标RCS大小直接影响着雷达检测性能。为此，需用统计方法来描述目标RCS。基于此，分析雷达目标检测性能。飞机舰船1.雷达截面积的涵义2.目标RCS起伏模型Swerling模型是最常用的目标RCS模型，它包括Swerling0、I、II、III、IV五种模型。其中，Swerling0型目标的RCS是一个常数，金属圆球就是这类目标。SwerlingⅠ/Ⅱ型：1()exp()p指数分布SwerlingⅠ：目标RCS在一次天线波束扫描期间是完全相关的，但本次和下一次扫描不相关（慢起伏），典型目标如前向观察的小型喷气飞机。SwerlingⅡ：目标RCS在任意一次扫描中脉冲间不相关（快起伏），典型目标如大型民用客机。05101520253035404500.10.20.30.40.50.60.70.8脉冲序号RCS05101520253035404500.20.40.60.811.21.41.61.8脉冲序号RCSSwerlingI：目标RCS在一次扫描内各脉冲完全相关，扫描间脉冲不相关。SwerlingII：目标RCS在一次扫描内各脉冲间不相关。2.目标RCS起伏模型SwerlingIII、IV型：2242expp4自由度的分布SwerlingIII：慢起伏，典型目标如螺旋桨推进飞机、直升机等。SwerlingIV：快起伏，典型目标如舰船、卫星、侧向观察的导弹与高速飞行体。2.目标RCS起伏模型05101520253035404500.20.40.60.811.21.41.61.82脉冲序号RCS05101520253035404500.20.40.60.811.21.41.61.82脉冲序号RCSSwerlingIII：目标RCS在一次扫描内各脉冲完全相关，扫描间脉冲不相关。SwerlingIV：目标RCS在一次扫描内各脉冲间不相关。2.目标RCS起伏模型Swerling起伏模型概率密度函数去相关性扫描间脉冲间指数分布SwerlingISwerlingIISwerlingIIISwerlingIV冲击函数Swerling0，RCS为定值，无去相关性2.目标RCS起伏模型3.雷达检测概率、虚警概率雷达接收信号为：01::HzwHzsw雷达接收信号功率2yz的概率密度函数为0221expwwypyH2~0,wwjsAe21022221,exp0I为0阶第一类修正贝塞尔函数。其中，保铮，等译.概率、随机变量与随机过程，西安交大出版社，2004单次观测，雷达虚警概率为00dfPpyHye单次观测，雷达检测概率为10,dddPpyAHpAAy20w22344πitrrPGGPAR根据雷达方程，雷达接收目标回波功率为2A所以有简化起见2A11022221,,exp3.雷达检测概率、虚警概率11,d,dpyHpyAHA002221exp22dP对SwerlingI/II目标，0exp1dP对SwerlingIII/IV目标，222wA为目标平均信噪比2,2lndfPQP单次观测，雷达检测概率为10,dddPpyHpy对Swerling0目标，MarcumQ函数3.雷达检测概率、虚警概率多次观测，雷达接收信号为：01::HznwnHznsnwn非相参积累后，雷达接收信号功率11200NNnnyznyn的概率密度函数为0,1,,1nN102201expNnwwynpyH110222021,expNn3.雷达检测概率、虚警概率3.雷达检测概率、虚警概率1011exp1NdPNN11,11dPINN20022211exp1212NdNPNNNN002100000002!1,2!!!11,2!!rNkcNNkNkrdrNkcNNkrNkecNccNckNkcrPecNccNckNkcr对SwerlingI型目标，对SwerlingII型目标，对SwerlingIII型目标，对SwerlingIV型目标，邢孟道，等译.雷达信号处理基础，电子工业出版社，2008虚警概率：1,1fTPINN仿真参数：分析结论：1、雷达检测概率随着目标信噪比的增大而增大；2、雷达检测概率随着虚警概率的增大而增大。噪声功率为1，10-1010-810-610-410-210000.10.20.30.40.50.60.70.80.91虚警概率检测概率=0dB=5dB=10dB=15dBSwerlingI0246810121416182000.10.20.30.40.50.60.70.80.91信噪比(dB)检测概率理论仿真SwerlingI310fP1N4、仿真结果与分析分析结论：1、雷达检测非起伏目标检测性能最好；2、单脉冲检测，雷达对SwerlingIII/IV型目标的检测性能优于对SwerlingI/II型目标的检测性能。0246810121416182000.10.20.30.40.50.60.70.80.91信噪比(dB)检测概率Swerling0SwerlingI/IISwerlingIII/IV检测概率随SCR变化曲线610fP4、仿真结果与分析4、仿真结果与分析610fP8N分析结论：对于起伏目标，非相参积累后，雷达对SwerlingIV型目标的检测性能最好，其次分别是SwerlingII、SwerlingIII、SwerlingI。仿真参数：01234567891000.10.20.30.40.50.60.70.80.91信噪比(dB)检测概率SwerlingISwerlingIISwerlingIIISwerlingIV小结雷达截面积(RCS)描述目标反射电磁波能力的参数RCS起伏模型Swerling0、I-IV雷达检测概率、虚警概率仿真结果与分析