Abstract

The contribution of this paper is the derivation of the joint maximum likelihood (ML) estimator of complex amplitude and Doppler frequency of a radar target signal embedded in correlated non-Gaussian clutter modelled as a compound-Gaussian process. The estimation accuracy of the ML frequency estimator is investigated and compared with that of the well-known periodogram and ESPRIT estimators under various operational scenarios. The hybrid Cramér–Rao lower bound (HCRLB) and a large sample closed-form expression for the mean square estimation error are also derived for Swerling I target signal. Finally, numerical results obtained by Monte Carlo simulation are checked by means of measured sea clutter data for the general case of fluctuating target amplitude.

Zusammenfassung

Der Beitrag dieser Arbeit besteht in der Herleitung eines Verbund-Maximum-Likelihood (ML)-Schätzers der komplexen Amplitude und der Dopplerfrequenz eines Radarsignales eines Zieles, das sich innerhalb eines korrelierten nichtgaußischen Kluttersignals befindet, welches als ein verbundgaußischer Prozeß modelliert wird. Die Schätzgenauigkeit des ML-Frequenzschätzers wird untersucht und mit denen der bekannten Periodogramm- und ESPRIT-Schätzer bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen verglichen. Die hybride Cramér–Rao Schranke (HCRLB) und ein geschlossener Ausdruck für den Mittlerenquadrateschätzfehler bei großem Datenumfang werden für das Swerling-I-Zielsignal hergeleitet. Zuletzt werden numerische Ergebnisse einer Monte-Carlo-Simulation durch gemessene Seeklutterdaten für den allgemeinen Fall einer fluktuierenden Zielamplitude überprüft.

Résumé

La contribution de cet article consiste en la dérivation de la probabilité maximale jointe de l'amplitude complexe et de la fréquence Doppler d'un signal de cible radar imbriqué dans un fouillis corrélé modélisé comme un processus Gaussien composé. La précision de l'estimation de l'estimateur de probabilité maximale de la fréquence est investiguée et comparée avec celle des estimateurs bien connus que sont le periodogramme et l'estimateur ESPRIT dans de nombreux scénarios opérationnels. La limite inférieure de Cramer–Rao et une expression analytique sur un échantillonnage large de l'estimation de la valeur quadratique moyenne sont aussi dérivées pour un signal Swerling I. Finalement, des résultats numériques obtenus par simulation Monté-Carlo sont analysés au moyen de données de fouillis de mer mesurés dans le cas général d'amplitudes de cibles fluctuantes.

Author Keywords: Parameter estimation; Radar signals; Non-Gaussian clutter; Doppler frequency; Performance analysis

Article Outline

1. Introduction

2. The MLE for compound-Gaussian clutter

3. Performance evaluation

3.1. Hybrid Cramér–Rao lower bounds

3.2. Simulations and comparisons with the HCRLB and mse_as

3.3. Results with IPIX measured sea clutter data

4. Conclusions

Appendix A. Derivation of (8) by perturbation method

References