基于伪谱的双基地雷达网络弱目标检测前跟踪技术研究

《Journal of Systems Engineering and Electronics》：Pseudo-spectrum based track-before-detect for bistatic radar network

本文针对双基地雷达系统中弱目标检测难题，提出一种基于伪谱(PS)的检测前跟踪(TBD)方法。传统TBD算法在处理接收机极坐标网格非对齐问题时存在能量积累损失，本研究通过坐标映射与伪谱构建实现了混合坐标系下的精确能量积累。仿真结果表明，该方法在检测概率与参数估计精度上显著优于动态规划TBD(DP-TBD)，为复杂环境下的弱目标探测提供了新思路。

　　

在雷达探测领域，弱目标检测始终是困扰研究人员的核心难题。传统雷达系统通过阈值处理提取目标点迹进行跟踪，但低信噪比(SNR)环境下，阈值操作会导致目标信息丢失，使得微弱信号湮没在噪声与杂波中。尤其对于双基地雷达系统，其接收机分散布设的特性导致极坐标观测网格非对齐，给多帧能量积累带来更大挑战。

为解决这一难题，哈尔滨工业大学韩涛与周共健团队在《Journal of Systems Engineering and Electronics》发表最新研究，提出一种基于伪谱(PS)的检测前跟踪(TBD)方法。该方法通过坐标变换将非对齐极坐标网格映射至统一笛卡尔坐标系，结合精确运动模型实现多帧能量最优积累，显著提升弱目标检测性能。

关键技术方法包括：1)建立双基地雷达几何模型（图1），推导目标恒定速度(CV)运动模型；2)设计极坐标-笛卡尔坐标转换算法，将接收机观测值映射至对齐坐标系；3)构建伪谱函数实现目标能量聚集，通过速度匹配滤波器组解决速度失配问题；4)采用蒙特卡洛仿真验证算法有效性，以检测概率(P_d)和均方根误差(RMSE)作为评估指标。

能量集成结果分析

通过对比动态规划TBD(DP-TBD)与所提方法的能量积累效果（图3），发现DP-TBD因网格非对齐处理存在包络扩展和能量扩散问题，而PS-TBD通过精确坐标转换保持聚焦包络特性。当输入信噪比为4dB时，PS-TBD的检测概率较DP-TBD提升约30%。

检测性能验证

图4-5显示不同信噪比与帧数下的检测概率曲线。在低信噪比条件下(2dB)，PS-TBD的P_d达到0.8，而DP-TBD仅为0.5。随着帧数增加至15帧，PS-TBD保持稳定检测性能，证明其适用于长时间积累场景。

参数估计精度

位置估计均方根误差（图6-7）表明，PS-TBD在信噪比6dB时位置误差降至0.3km，速度估计误差（图8-9）稳定在0.1km/帧以内。相较之下，DP-TBD因轨迹搜索偏差导致估计精度下降约40%。

多场景适应性

在目标初始位置(80,60)km的验证场景中（图10-12），PS-TBD仍保持90%以上检测概率，位置估计误差小于0.5km，证明方法对目标运动状态的强适应性。

研究结论表明，该伪谱TBD方法通过坐标对齐与速度匹配策略，有效解决双基地雷达网格非对齐导致的能量积累损失问题。其输出的聚焦包络特性为后续目标跟踪提供高质量输入，而滤波器组设计平衡计算复杂度与检测性能，为实际工程应用提供重要参考价值。未来可进一步研究该方法在多目标检测与机动目标跟踪场景的扩展应用。