光子雷达探测性能与测距精度的理论研究

为了研究基于盖革模式雪崩光电二极管探测器的光子雷达的探测性能与测距精度,采用数学建模的方法,从系统原理与探测时序出发,分析了长死时间、回波脉宽大于时间数字转换器分辨时间情况下目标探测概率的分布;由统计原理与质心法,建立了测距精度的理论模型。利用系统设计参量,分析了回波强度、回波脉宽、噪声和回波位置等参量对探测性能和测距精度的影响。结果表明,回波越强,噪声越低,回波位置越靠前,目标探测概率越高,虚警率越低,探测性能越好;回波强度和脉宽是影响测距精度的主要因素,回波强度越强,脉宽越窄,测距精度越高。     

基于差分光路的脉冲激光测距实验研究

为降低背景噪声对测距精度影响,提出一种基于双通道的差分光路测距方法。该方法采用双探测器接收回波信号,在最佳位置进行回波差分,将峰值时刻鉴别转化为过零点鉴别,有效抑制了背景噪声及脉宽展宽对测距性能的影响。通过搭建差分光路测距系统,针对50 m处的漫反射目标对比测距实验误差,实验结果表明:在有背景噪声的情况下,相比较传统单光路测距方法,采用差分光路将测距误差均方根由95 mm降至70 mm。同时,验证了当差分距离为光速与回波脉宽的乘积时,可获得最高的探测灵敏度。     

大气湍流对盖革光子探测测距精度影响的研究

回波光子到达时间的随机性限制了盖革光子测距系统的测距精度,大气湍流加剧了这种随机性,降低系统测距精度。根据回波光子探测的调制泊松概率模型,分析了距离门内各探测时隙的概率分布,利用回波光子可识别区域内探测时隙的归一化概率,建立了存在大气湍流影响时测距精度的理论模型,研究了大气湍流对测距精度的影响。理论分析结果表明,大气湍流降低系统探测概率和测距精度,当回波强度为1,湍流参数为2.5时,与无大气湍流影响情况相比,系统距离精度和准确度下降达4.2 cm和14 cm,且湍流越强,目标探测概率越低,虚警率越高,距离精度和准确度越低。     

激光测高仪中雪崩光电二极管的探测性能分析

光电探测器是影响激光测高仪探测性能的重要器件.为了使探测器性能保持最佳状态,采用了近似算法进行分析.该算法使用近似分布函数来模拟探测器的输出,推导出虚警率与阈值门限和倍增因子三者之间的函数关系,找出虚警率、阈值和增益之间的最佳结合点.实验表明,根据该方法设计的激光测高仪探测器接收电路,可使探测概率和回波信噪比有显著提高.这一结果对激光测高仪目标特性的回波分析和地形地貌3维轮廓重建有很大帮助.     

基于G-APD阵列的卫星激光测距系统探测性能分析

盖革模式雪崩光电二极管阵列(G-APDs)是近年来新兴的弱光探测器件。基于盖革模式APD探测概率的分析,利用卫星激光测距系统的仿真结果,对G-APDs的卫星激光测距系统进行研究。在回波强度为单光子量级、仅考虑探测器暗计数噪声的情况下,相对于单元探测的单光子探测器,采用阵列探测器能够有效的增加回波信号的探测点数;在同样噪声的情况下,回波强度为多光子时,采用阵列探测器能够减少盖革模式探测器探测概率的极大值相对回波光电子数极大值的漂移量;在回波强度为单光子量级,同时考虑天空背景噪声和探测器暗计数噪声时,采用阵列探测器能够有效降低噪声对信号回波的淹没效应。     

采用低发射率红外材料对探测距离和概率的影响

为研究双机空战中目标机采用低发射率红外材料后对攻击机机载红外搜索跟踪系统探测距离和概率的影响,建立了飞机运动过程和机载红外搜索跟踪系统探测距离计算模型,得到了相向飞行、同向飞行和侧向飞行三种典型的双机空战过程中探测距离和概率随飞行时间、速度、轨迹的变化规律。计算中考虑了目标的光谱辐射特征、大气透过率和探测器性能等因素对探测距离和概率的影响。结果表明目标机采用低发射率红外材料抑制红外特征后,在相同探测概率的情况下,探测距离明显减小;在攻击机与目标机相同距离的情况下,探测概率明显下降。     

红外目标恒虚警率探测算法研究

依据非制冷红外成像探测系统噪声分析结果建立噪声数学模型,以二元假设与极大似然比检验为基础,提出了应用于非平稳高斯噪声下的目标恒虚警率(CFAR)探测算法.该算法的目的是在无先验知识、不稳定的噪声环境中寻找已知外形的目标.经过与固定门限方法以及高斯模型二元假设恒虚警率探测算法比较之后得出,文中的算法在探测低信噪比小目标时有较高的探测概率,并且对噪声具有自适应性能,仿真实验验证了该方法的正确性和可行性.     

空间探测器对空间运动目标探测概率的计算

基于光电探测系统探测概率的传统计算方法,结合空间探测器的扫描探测原理,研究了空间探测器对空间运动目标探测概率的计算方法,给出了单次扫描探测概率计算模型;结合密度法检测准则,给出了空间探测器对空间运动目标的确认概率计算模型,并给出了计算示例;计算结果说明了密度法检测求得的确认概率可以有效减小虚警率.     

用CMOS探测脉冲激光中的虚警抑制技术研究

如何在保证激光探测距离的基础上保持低的探测虚警,一直是激光探测系统的核心问题.以CMOS成像型激光探测系统为技术背景,分析了引起虚警的主要因素是场景噪声和强光干扰等,对此提出从三个方面来抑制系统虚警:光谱滤波技术;提高图像采集帧频,减少积分时间;帧相减技术.实验表明,在采用相同的探测阈值时,它们使虚警概率得到大大的降低,达到了较好的虚警抑制效果.     

一种改进的噪声门限检测方法

本文基于雷达目标回波信噪比与距离的四次方成反比的物理原理,提出了一种检测门限系数随距离减小而增加的噪声电平恒虚警检测方法。该检测方法可以实现在保证目标检测概率变化不大的条件下进一步降低雷达检测区域的平均虚警概率,或者在保证雷达探测区域内平均虚警概率满足需要的条件下进一步降低雷达远区检测门限,增加雷达远程探测能力,从而提高雷达全区域综合检测性能。     

一种多元信息辅助的双基地雷达检测跟踪一体化方法

该文针对双基地雷达提出一种多元信息辅助的检测跟踪一体化方法。结合雷达在目标跟踪阶段获取的目标位置与回波幅度等多元先验信息,辅助设计跟踪波门内检测门限,以期提升目标的检测与跟踪性能。该文首先根据已获取的目标位置先验信息,在概率数据互联(PDA)框架下基于贝叶斯最小错误准则修正了传统似然比检测器。为进一步提升弱目标探测性能,该文引入航迹终结准则松弛了门限设置规则,并计算了跟踪波门内的平均虚警概率和检测概率。最后,该文重新推导了多元信息辅助情况下PDA算法的关联概率计算方式,完整地给出了算法流程,并通过仿真实验验证了算法的可行性和有效性。     

Robust spectrum sensing under noise uncertainty for spectrum sharing

Spectrum sensing plays an important role in spectrum sharing. Energy detection is generally used because it does not require a priori knowledge of primary user, (PU) signals; however, it is sensitive to noise uncertainty. An order statistics (OS) detector provides inherent protection against nonhomogeneous background signals. However, no analysis has been conducted yet to apply OS detection to spectrum sensing in a wireless channel to solve noise uncertainty. In this paper, we propose a robust spectrum sensing scheme based on generalized order statistics (GOS) and analyze the exact false alarm and detection probabilities under noise uncertainty. From the equation of the exact false alarm probability, the threshold value is calculated to maintain a constant false alarm rate. The detection probability is obtained from the calculated threshold under noise uncertainty. As a fusion rule for cooperative spectrum sensing, we adopt an OR rule, that is, a 1‐out‐of‐N rule, and we call the proposed scheme GOS‐OR. The analytical results show that the GOS‐OR scheme can achieve optimum performance and maintain the desired false alarm rates if the coefficients of the GOS‐OR detector can be correctly selected.     

一种航迹恒虚警的目标检测跟踪一体化算法

对于传统雷达系统,目标检测和目标跟踪通常被看作是两个独立的过程。然而,在跟踪阶段,可以获得目标位置信息(跟踪信息),将该信息反馈至目标检测器将有助于提升检测性能。为此,该文提出一种航迹恒虚警的目标检测跟踪一体化算法。首先根据目标跟踪信息和目标运动模型,建立预测波门;然后按照给定的航迹虚警概率,计算帧虚警概率,即预测波门内至少出现一个虚警的概率;最终根据帧虚警概率调整预测波门内的检测门限,完成目标检测过程。仿真实验表明,该算法可以大大提高目标检测概率,推远目标跟踪距离,同时也可以保证目标突然消失时航迹能够以较高的概率结束。     

Performance Analysis of the Clutter Map CFAR Detector with Noncoherent Integration

Nitzberg has analyzed the detection performance of the clutter map constant false alarm rate (CFAR) detector using single pulse. In this paper, we extend the detection analysis to the clutter map CFAR detector that employs M-pulse noncoherent integration. Detection and false alarm probabilities for Swerling target models are derived. The analytical results show that the larger the number of integrated pulses M, the higher the detection probability. On the other hand, the analytical results for Swerling target models show that the detection performance of the completely decorrelated target signal is better than that of the completely correlated target.     

一种具有恒虚警性质的检测跟踪联合处理算法

该文提出一种具有恒虚警性质的检测跟踪联合处理算法。目的是在跟踪波门内平均虚警概率恒定的前提下,提升目标的平均检测概率和系统的跟踪性能。首先,该文结合跟踪器的反馈信息利用贝叶斯准则对传统的似然比检测器进行了修正,并给出了相应的判决表达式。而后,该文在给出了跟踪波门内平均检测概率和虚警概率的计算表达式。将其代入概率数据互联(PDA)算法互连概率的计算公式中,即可获取该算法的流程。最后,仿真实验验证了该算法的可行性和有效性。     

衰减片提高多脉冲Gm-APD激光雷达的探测性能

从Gm-APD的泊松统计的雪崩探测模型出发，在长死时间情况下，提出了一种提高Gm-APD激光雷达探测性能的方法。利用衰减片控制信号和噪声的强度，实现了多脉冲探测Gm-APD激光雷达的探测概率、虚警概率和测距误差的提高。研究结果表明:随着衰减片透过率的变化，探测概率存在最大值，测距误差存在最小值，将衰减片透过率控制在0.33~0.20之间，探测距离为1.5 km时，探测概率能提高1倍，测距误差可以从m量级提高到cm量级。     

低信噪比S模式应答信号相关检测方法

针对低信噪比条件下S模式应答信号检测概率低、虚警概率高的问题,提出一种基于数据包检测、单脉冲匹配滤波和报头多脉冲检测等三次相关检测的增强识别方法。该方法首先利用数据包相关检测得到数据包位置,从而确定报头脉冲的检测门限;然后利用单脉冲匹配滤波对信号进行降噪处理,确定脉冲位置;最后估计脉冲幅度和噪声功率,利用多脉冲相关检测识别信号报头。通过这三次相关处理,该识别算法可提高S模式应答信号的准确识别率。理论推导了检测概率的数学表达式,通过计算机仿真,在期望虚警概率下,本文方法基本达到了理论检测概率,同时对比了本文方法与传统的直接匹配滤波法、脉冲前沿检测法、基带归一化互相关法的识别性能,验证了本文算法性能的优越性。      

Polarimetric adaptive detection of range-distributed targets

We address the problem of polarimetric adaptive detection of range-spread targets in Gaussian noise with unknown covariance matrix. At the design stage, we model the target echo from each polarimetric channel as a deterministic signal known up to a scaling factor (possibly varying from cell to cell), which accounts for the polarimetric scattering properties of the target. We first show the failure of the generalized likelihood ratio test (GLRT) procedure to deal with this kind of problem, and thus, we propose a fully adaptive detector based on the method of sieves. We also derive the analytical expression for the probability of false alarm and show that the newly introduced receiver can be made bounded constant false alarm rate (CFAR). Finally, we present simulation results highlighting the performance gain that can be achieved by resorting to polarization diversity in conjunction with high resolution.     

基于时－空过采样系统的点目标检测性能分析

为了提高扫描成像系统对于点目标的探测性能,提出了时-空过采样点目标探测体制,并对其进行了目标检测性能分析。首先,分析了单采样体制在点目标探测中易存在跨像元导致的目标能量分散问题,以及探测器随机高强度噪声及空间质子流尖峰信号导致的虚警问题;然后,提出了用于点目标扫描探测的时-空过采样体制。最后,基于图像信噪比对相同光学系统下单采样和时-空过采样系统的目标检测性能进行了比较分析。分析结果表明,通过过采样方式能够实现目标能量集中到一个像元,保证了图像信噪比需求。通过高分辨率融合使得目标尺度大于噪声及尖峰的尺度,目标尺度最大扩展至3?3像元,基于目标空间相关的处理可以有效降低虚警,提升系统检测性能。