基于SPS的雷达目标检测仿真实验优化方案

8.4.2节针对IPIX雷达数据，采用CSPS方法开展低信噪比条件下的海上小目标检测实验。为了进一步验证基于SPS／CSPS对海上低空多目标的检测能力，考虑在仿真条件下采用基于多散射点中心模型对海面多目标进行数据仿真，提取雷达数据的SPS特征，用于目标检测仿真实验。

理论计算和实验均表明，在高频区，目标的总电磁散射可认为是由其局部位置上的电磁散射所合成的，这些局部的散射源通常称为等效多散射中心。目标散射中心是目标在高频区散射的基本特征之一，它能较好地反映高分辨雷达目标的回波特性，广泛应用于雷达目标识别中。当目标上各主要部分的尺寸远大于雷达波长，即雷达工作在光学区时，受雷达照射的目标的电磁散射区可以用多个孤立的散射中心来表征。

根据目标电磁散射的特点，目标散射机理和散射中心类型包含六大类，分别是镜面散射、尖顶散射、边缘绕射、凹腔体反射型散射、行波及蠕动波散射和天线型散射。根据多散射点中心模型，对隐形飞机A24及两种集群目标（双机型和三机型）进行了HRRP数据仿真，雷达及飞机目标相关参数如表8.6所示。

表8.6　HRRP雷达参数及飞机相关参数

图8.32为按照上述多散射中心模型进行仿真的A24和D3的HRRP仿真图，共200个距离单元，距离单元大小为0.5 m，方位旋转角范围为0°～180°，角度间隔为0.05°，幅度归一化。由该仿真图可以看出，目标的HRRP随着方位角的不同，变化较为明显。

图8.32　不同方位旋转角下A24和D3的HRRP仿真图

（a）A24；（b）D3

常见的集群多目标编队方式有小分队、中队以及联队。其中，中队的编制是现代战机最常用的作战单位，一般为双数组合。此处，我们以两种组合为例，进行集群多目标检测研究：①双机编队（dual），由两架A24组成，水平距离为40 m，高程差为50 m，如图8.33所示；②三机编队（triple），由一架D3和左右两架A24组成，相互水平距离为50 m，高程差为30 m（大型机D3在上，左右僚机在下）。在进行双机型的仿真时，我们选定距离单元为200；进行三机型仿真时，距离单元设为400，如图8.34所示。

图8.33　双机编队相对位置示意图

图8.34　不同方位旋转角下双机型（左）和三机型（右）的HRRP仿真图

对于上述4类目标机型，分别在SNR=-20 dB，-10 dB，-5 dB，0 dB，3 dB，10 dB和20 dB七种信噪比条件下进行仿真，所使用的海杂波为IPIX雷达海杂波。对每类机型及每种SNR条件按方位角0.05°的分辨率进行HRRP建模和成像，在0°～180°范围内，得到3 600条目标数据，用于SPS谱分析、目标检测门限确定和目标检测试验。

下面分别在SNR=-20 dB，-10 dB，-5 dB，0 dB，3 dB，10 dB和20 dB条件下对A24进行目标检测仿真和结果分析。

图8.35和图8.36分别给出了SNR=-20 dB条件下，基于SPS谱估计的四个检测量的特征提取、最佳检测门限选取和目标检测的ROC曲线。图8.37给出了SNR=-10 dB，-5 dB，0 dB，3 dB，10 dB和20 dB条件下含目标信号的SPS谱估计及目标检测ROC曲线。

图8.35　基于SPS的四个检测量的特征提取和最佳检测门限选取（SNR=-20 dB）

图8.36　SNR=-20 dB条件下基于A24目标的SPS谱估计结果及ROC检测曲线

（a）含目标（SNR=-20 dB）；（b）纯海杂波；（c）ROC检测曲线(www.xing528.com)

图8.37　不同SNR条件下含目标信号的SPS谱估计及目标检测ROC曲线

（a）SNR=-10 dB；（b）SNR=-5 dB；（c）SNR=0 dB；（d）SNR=3 dB；（e）SNR=10 dB；（f）SNR=20 dB

表8.7分别给出了SNR=-20 dB和SNR=-5 dB时，基于SPS的四个统计量对应的门限、虚警概率和检测概率。从上面的仿真分析可见，当SNR=-20 dB，Pf=0.003时，四个检测量中Φ（α）的检测性能最佳，Pd=0.999；当SNR=-5 dB，即可实现100%的检测概率（Pf=0.001），显示了基于SPS的HRRP目标检测具有在低信噪比条件和复杂多目标场景中高的检测概率和稳健的检测性能。

表8.7　SNR=-20 dB和SNR=-5 dB时基于SPS的四个统计量对应的门限、虚警概率和检测概率

图8.38和图8.39分别给出了双机群目标和三机群目标在SNR=-20 dB和SNR=-5 dB条件下的目标检测ROC曲线图。从中可见四类目标在-20 dB以及不高于0.003虚警概率条件下，均获得了超过0.999的检测概率，进一步验证了基于SPS的HRRP目标检测方法具有在低信噪比条件下和复杂多目标场景中高的检测概率和稳健的检测性能。

图8.38　不同SNR条件下双机群目标检测ROC曲线图

（a）SNR=-5 dB；（b）SNR=-20 dB