一種基于頻域切變的相參積累方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于頻域切變的相參積累方法，當目標回波包絡(luò)在相參處理間隔內(nèi)出現(xiàn)跨距離單元走動時，將距離-慢時間維信號空間的包絡(luò)走動軌跡看作圖像，再通過頻域切變處理方法進行一定角度的旋轉(zhuǎn)平移，每一次旋轉(zhuǎn)平移過程通過慢時間維快速傅里葉變換得到相參積累峰值；這樣每一個旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)一個積累峰值，以最大峰值位置得到對應(yīng)的目標軌跡的斜率、及起始距離，從而得到目標的運動軌跡。本發(fā)明有效實現(xiàn)距離走動校正和目標能量的積累，適用于雷達微弱目標信號檢測、及雷達成像技術(shù)中距離走動校正，其精度高、運算速度快、易于工程實現(xiàn)、魯棒性好。
【專利說明】一種基于頻域切變的相參積累方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達系統(tǒng)中目標檢測和跟蹤【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于頻域切變的 相參積累方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隱身目標、無人機以及巡航導(dǎo)彈等微弱目標，對傳統(tǒng)雷達系統(tǒng)構(gòu)成嚴重的威脅，而 長時間相參積累技術(shù)能有效的對隱身等微弱目標進行檢測。但在雷達信號長時間相參積 累處理中，目標運動引起的跨距離走動嚴重影響目標能量的積累和檢測。并且伴隨著雷達 對高分辨率的需求，距離單元越來越小，跨距離單元現(xiàn)象更加嚴重。對于跨距離單元補償問 題，需要目標運動參數(shù)的精確估計，而一般情況下低信噪比（SNR)時，目標運動參數(shù)的精確 估計是難以做到的。因此未知目標運動參數(shù)情況下，如何進行積累檢測和改善積累檢測的 性能是長時間信號積累檢測要研究的主要問題。
[0003] 在成像系統(tǒng)中，逆合成孔徑雷達（ISAR)的平動補償包絡(luò)對齊方法，如互相關(guān)法、 模-1或模-2法、最小熵法等，在回波SNR較高時才有較好的包絡(luò)對齊效果。對目標運動 參數(shù)搜索類的方法，其時域移位或?qū)ぶ妨繛檎麛?shù)，在未插值時有能量積累損失，并且運算量 大。Keystone變換能夠在一定速度范圍內(nèi)的跨距離單元進行統(tǒng)一補償（詳見"張順生，曾 濤，基于Keystone變換的微弱目標檢測，電子學(xué)報，2005, 33 (6) : 1675-1678. "），但是該 算法需要對多普勒模糊數(shù)進行估計，否則性能嚴重下降。圖像處理中，直線檢測的Hough 變換和Radon變換應(yīng)用于"檢測前跟蹤（TBD) "技術(shù)中，但是由于非相參積累存在SNR閾值 現(xiàn)象，對低SNR積累效率不高。相參Radon變換對微弱目標進行檢測，其采用旋轉(zhuǎn)和雙線 性插值實現(xiàn)Radon變換并通過多普勒濾波器進行相位補償實現(xiàn)相參積累（詳見"JavierC M,JavierGM,etal. ,ACoherentRadonTransformforSmallTargetDetection,IEEE RaderConference, 2009:1-4. "），但是插值存在損失且容易導(dǎo)致旁瓣的產(chǎn)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種適用于隱身等微弱目標回波信號，采用長時間相參積累 技術(shù)過程出現(xiàn)的跨距離單元走動問題的解決方法。按照本發(fā)明提供的方法對微弱目標回波 信號進行距離走動校正和相參積累，得到低信噪比下目標回波信號的能量積累，同時得到 運動目標的軌跡信息。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于頻域切變的相參積累方法，其中包含如 下步驟：
[0006]S1、雷達對接收信號處理后得到基帶信號，進一步得到包含目標的包絡(luò)軌跡信號 距離-慢時間維信號空間；
[0007]S2、根據(jù)目標的速度范圍確定所要進行頻域切變的角度范圍，并確定角度搜索過 程中的角度步進；
[0008]S3、對每一個搜索角度進行頻域切變，來進行包絡(luò)軌跡的搜索；
[0009]S4、沿慢時間維快速傅里葉變換完成一次角度搜索結(jié)果的多普勒濾波，得到快速 傅里葉變換之后該角度對應(yīng)的距離-多普勒參數(shù)空間；
[0010]S5、判斷距離-多普勒參數(shù)空間峰值是否為最大峰值，如果是最大峰值，則返回最 大峰值位置和對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度；如果不是最大峰值，重復(fù)S3?S5,直至搜索角度遍歷完畢， 輸出最大峰值位置及其對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度；
[0011]S6、對返回的最大峰值所在的距離-多普勒參數(shù)空間進行恒虛警檢測，如果過門 限，則輸出此時參數(shù)空間的距離信息，并根據(jù)此時的角度值得到目標的速度信息；
[0012] 通過S1?S6,完成距離走動情況下的距離走動補償，并得到相參積累結(jié)果，從而 得到目標的運動軌跡。
[0013] 優(yōu)選示例的一種基于頻域切變的相參積累方法中，包含如下步驟：
[0014] (1)雷達對接收信號處理后得到基帶信號，進一步得到包含目標的包絡(luò)軌跡信號 距離-慢時間維信號空間。
[0015] (2)根據(jù)目標的速度范圍確定所要進行頻域切變的角度范圍，并確定角度搜索過 程中的角度步進A0。
[0016] (3)對包絡(luò)軌跡s(t，〇進行頻域切變進行包絡(luò)軌跡的搜索。首先，初始化切變旋 轉(zhuǎn)角度。
[0017] (4)整個切變過程始終圍繞信號空間的中心進行旋轉(zhuǎn)平移。為了表示方便，將 f(x，y)表示包絡(luò)軌跡s(t，tm)，u表示距離維x的頻域，v表示慢時間維y的頻域。則行切 變過程表示為
[0018]Mx (x,y) =IFFTU{Q: (u, y)FFTX{f(x,y)}}
[0019] 其中，F(xiàn)FTX表示對x進行快速傅里葉變換；IFFTU表示對u進行快速傅里葉逆變換； Qjuj)為

【權(quán)利要求】
1. 一種基于頻域切變的相參積累方法，其特征在于，包含如下過程： 51、 雷達對接收信號處理后得到基帶信號，進一步得到包含目標的包絡(luò)軌跡信號距 離-慢時間維信號空間； 52、 根據(jù)目標的速度范圍確定所要進行頻域切變的角度范圍，并確定角度搜索過程中 的角度步進； 53、 對每一個搜索角度進行頻域切變，來進行包絡(luò)軌跡的搜索； 54、 沿慢時間維快速傅里葉變換完成一次角度搜索結(jié)果的多普勒濾波，得到快速傅里 葉變換之后該角度對應(yīng)的距離-多普勒參數(shù)空間； 55、 判斷距離-多普勒參數(shù)空間峰值是否為最大峰值，如果是最大峰值，則返回最大峰 值位置和對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度；如果不是最大峰值，重復(fù)S3?S5,直至搜索角度遍歷完畢，輸出 最大峰值位置及其對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度； 56、 對返回的最大峰值所在的距離-多普勒參數(shù)空間進行恒虛警檢測，如果過門限，則 輸出此時參數(shù)空間的距離信息，并根據(jù)此時的角度值得到目標的速度信息； 通過Sl?S6,完成距離走動情況下的距離走動補償，并得到相參積累結(jié)果，從而得到 目標的運動軌跡。
2. 如權(quán)利要求1所述的相參積累方法，其特征在于， 所述步驟1中，設(shè)遠場、單目標回波信號在一個相參積累間隔內(nèi)雷達接收到的第m個回 波基帶信號為 sr (t, tm) = Arp (t-2R (tm) /c) exp (-j4 n fcR (tm) /c) 其中，t和^分別為快時間和慢時間，^ = ml；，且I；為脈沖重復(fù)間隔； f。為載波頻率；c為光速;4為點目標的回波幅度；p (t)表示發(fā)射波形基帶信號；R(tm) =Rc^vtm其中Rtl和R(tJ分別為h和tm時刻目標相對于雷達的徑向距離。
3. 如權(quán)利要求2所述的相參積累方法，其特征在于， 如果發(fā)射波形基帶信號P (t)為方波，則回波的包絡(luò)軌跡表示為 s (t，tm) Sr(t，tm); 如果發(fā)射波形基帶信號為線性調(diào)頻信號，則包絡(luò)軌跡表示為 s (t, tm) = A1Bsinc [B (t~2R (tm) /c) ] exp (-j4 n fcvtm/c) 其中，A1 = Arexp(-j4 Ji fcRQ/c) ;B 為信號帶寬。
4. 如權(quán)利要求3所述的相參積累方法，其特征在于， 所述步驟2中，目標的速度范圍為Vmin < V < Vmax時，所需要搜索的角度范圍為
其中，AR為距離分辨率。
5. 如權(quán)利要求4所述的相參積累方法，其特征在于， 所述步驟2中，角度搜索過程中的角度步進A 0 :
其中，P為當前速度，速度搜索步長為Av= ARAMI；)。
6.如權(quán)利要求1或5所述的相參積累方法，其特征在于， 所述S3中進一步包含如下過程： S3-1、對包絡(luò)軌跡s (t，tm)進行頻域切變進行包絡(luò)軌跡的搜索；首先，初始化切變旋轉(zhuǎn) 角度； S3-2、整個切變過程始終圍繞信號空間的中心進行旋轉(zhuǎn)平移；將f(x，y)表示包絡(luò)軌跡 s (t，〇，u表示距離維X的頻域，V表示慢時間維y的頻域；則進行行切變的過程表示為 Mx (x, y) = IFFTu (Q1 (u, y) FFTx {f (x, y)}} 其中，F(xiàn)FTx表示對x進行快速傅里葉變換；IFFTu表示對u進行快速傅里葉逆變換； Qju, y)由下式得到：
其中，9為切變旋轉(zhuǎn)角度；M為相參處理間隔內(nèi)的脈沖數(shù)；N為距離維采樣點數(shù)； S3-3、對第一次行切變之后的信號空間進行列切變變換；即對Mx(x，y)進行列方向的變 換： Myx (x, y) = IFFTv (Q2 (x, v) FFTy {Mx (x, y)}} 其中，F(xiàn)FTy表示對y進行快速傅里葉變換；IFFTv表示對v進行快速傅里葉逆變換； Q2 (X，V)由下式得到：
S3-4、對Myx(x，y)進行行方向的變換： Mxyx (X，y) = IFFTu (Q1 (u，y) FFTx {Myx (X，y)}} 所述S3-1?S3-6完成一次角度切變旋轉(zhuǎn)變換。
【文檔編號】G01S13/64GK104330791SQ201410577050
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】劉俊豪, 陳潛, 付朝偉, 王海濤 申請人:上海無線電設(shè)備研究所