当多重信号的波形及所有参量都已知时,称为多重确知信号。多重确知信号不仅应当已知多重信号中每一个信号的全部参量,比如已知振幅、载波频率、初相、出现时间、脉冲宽度等,而且还必须使各个信号是相干的(即各个信号间的相对相位为已知)。对于雷达,多重确知信号就是确知脉冲串,也就是相干脉冲串。
(一)检测算法
设多重确知信号包含m 个确知信号s1(t),s2(t),…,sm(t),每个信号的持续时间间隔均为T。加性噪声为高斯白噪声,其均值为0,功率谱密度为对应各个信号的高斯白噪声为n1(t),n2(t),…,nm(t)。假定各个信号的持续时间间隔T 足够大,使得各个噪声ni(t)是相互统计独立的,从而使得各个接收信号xi(t)也是相互统计独立的。多重确知信号的检测就是要根据这m 个接收信号做出判决以确定目标是否存在。
多重确知信号检测对应的两种假设为
由于各个接收信号xi(t)是相互统计独立的,故似然比为
式中:Λ(t)表示第i 个接收信号xi(t)的似然比。这说明m 个统计独立的接收信号的似然比等于各个接收信号似然比之积。
(二)检测系统结构
由多重确知信号检测的检测判决式可见,多重确知信号的最佳检测系统结构和单个确知信号检测的情况相似,只不过这里有m 路相关器,将这m 路的输出相加起来与门限比较。多重确知信号的最佳检测系统结构如图4-26 所示。需要注意2 点:① 图4-26 中的积分器可以直接置于求和器之前,相关器也可以用匹配滤波器代替,只要在T 时刻取样即可。② m 个接收信号的出现时间无论在检测判决式中还是在图4-26 中都没有明确说明。如果各个接收信号顺序出现,那么在求和之前必须对这些信号加上时间延迟,这可用存储器或按时间间隔T 依次抽头的抽头延迟线来实现。
图4-26 多重确知信号的最佳检测系统
如果多重确知信号是相同的,即si(t)=s[t-(i-1)T],这时检测系统的m 路相关器均可用匹配滤波器代替,m 路匹配滤波器又可合为一路匹配滤波器,这一路匹配滤波器的输出经抽头延迟线适当延迟后求和(或称为积累),即可实现多重确知信号的检测算法。多重相同确知信号的最佳检测系统结构如图4-27 所示。(www.daowen.com)
图4-27 多重相同确知信号的最佳检测系统
(三)检测性能分析
根据多重确知信号检测的检测判决式,选取检测统计量为
因为多重信号为确知,噪声是统计独立的高斯白噪声,故检测统计量G 服从高斯分布。显然,假设H0 下,G 的均值E[G|H0 ]=0。假设H1 下,G 的均值为
式中,E 为多重确知信号的能量。两种假设下方差相等,且为
于是,虚警概率为
检测概率为
上述各式形式完全相同,因而仍可使用图4-10 和图4-11 所示的曲线。对于所有单个信号能量都相等的特殊情况,有E/N0= mEi/N0。因此,多重确知信号内信号数目增加一倍,检测性能就有3dB 改善。这正是脉冲雷达系统要重复发射多个相干脉冲的原因。在雷达系统中,对确知脉冲串(相位相干脉冲串)的积累又称为相干积累。
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