本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于叉積自動(dòng)頻率控制的雷達(dá)目標(biāo)速度跟蹤方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的雷達(dá)目標(biāo)速度跟蹤方法是將雷達(dá)速度通道的窄帶信號經(jīng)過快速傅里葉變換(Fast Fourier Transformation,FFT)后，利用高低跟蹤濾波器實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)多普勒的跟蹤，進(jìn)而得到目標(biāo)速度的跟蹤值，由此實(shí)現(xiàn)雷達(dá)對目標(biāo)速度的跟蹤。

這種方法主要存在兩個(gè)缺點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)對目標(biāo)速度的跟蹤精度低以及跟蹤誤差大。(1)傳統(tǒng)速度跟蹤方法的跟蹤精度依賴于FFT分辨率，而硬件信號處理平臺(tái)上能夠提供的FFT分辨率是有限的，使得傳統(tǒng)速度跟蹤方法對速度測量的精度有限；(2)傳統(tǒng)速度跟蹤方法中只用到了當(dāng)前的速度測量值，沒有對之前的若干個(gè)測量值進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波處理，相鄰兩次速度跟蹤值普遍相差較大，速度跟蹤曲線的毛刺較多，導(dǎo)致跟蹤誤差大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于叉積自動(dòng)頻率控制的雷達(dá)目標(biāo)速度跟蹤方法，該方法誤差小、精度高。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于叉積自動(dòng)頻率控制的雷達(dá)目標(biāo)速度跟蹤方法，包括以下步驟：

第一步，使用滑窗提取雷達(dá)速度通道信號的數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到M個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；

第二步，將M個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)通過數(shù)控振蕩器進(jìn)行混頻處理，獲得混頻后的信號；

第三步，對混頻后的信號分別做取實(shí)部處理與取虛部處理，獲得實(shí)部信號與虛部信號；

第四步，根據(jù)所述實(shí)部信號與虛部信號，按照叉積計(jì)算方法分別計(jì)算混頻后信號的M個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的叉積值，并將M個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的叉積值累加，獲得叉積能量和P；同時(shí)以求模方式對混頻后信號分別計(jì)算獲得M個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的模值，并對計(jì)算獲得M個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)模值的均值A(chǔ)；

第五步，使用叉積自動(dòng)頻率控制方法計(jì)算獲得鑒頻曲線的斜率K，并根據(jù)所述斜 率K計(jì)算獲得多普勒頻頻率差df_d；

第六步，將多普勒頻率差df_d送入環(huán)路濾波器中獲得多普勒頻率差df_d的濾波值；然后將多普勒頻率差df_d的濾波值送入數(shù)控振蕩器中獲得多普勒頻率的濾波值f_d；

第七步，判斷是否使用滑窗全部提取完畢雷達(dá)速度通道的所有信號數(shù)據(jù)，如果提取完全部信號數(shù)據(jù)，則將獲得的多普勒頻率的濾波值f_d輸出，并進(jìn)入第八步；否則返回第一步。

第八步，計(jì)算并獲得雷達(dá)目標(biāo)的速度濾波值v，計(jì)算方法如式(1)所示：

式(1)中，λ為雷達(dá)工作波長。

進(jìn)一步，第四步中所述叉積值的計(jì)算方法如式(2)所示，

P_t(k)＝I_k-1·Q_k-Q_k-1·I_k (2)

式(2)中，P_t(k)為第k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的叉積值，I_k是第k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的實(shí)部信號，Q_k是第k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的虛部信號，k∈M。

進(jìn)一步，第四步中所述模值的計(jì)算方法如式(3)所示，

式(3)中，A_t(k)為混頻后信號中第k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的模值，I_k是第k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的實(shí)部信號，Q_k是第k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的虛部信號，k∈M。

進(jìn)一步，第五步中所述鑒頻曲線的斜率K的計(jì)算方式如式(4)所示：

式(4)中，T為使用滑窗提取雷達(dá)速度通道信號的數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間間隔。

進(jìn)一步，第五步中所述多普勒頻頻率差df_d的計(jì)算方法如式(5)所示：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明利用叉積自動(dòng)頻率控制方法(Cross Product Automatic Frequency Control,CPAFC)實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)多普勒頻差的測量，然后將多普勒頻差的測量值送入環(huán)路濾波器中，預(yù)測下個(gè)相參處理間隔(Coherent Processing Interval,CPI)的目標(biāo)速度，由此形成速度跟蹤環(huán)路，從而解決了傳統(tǒng)雷達(dá)目標(biāo)速度跟蹤 方法的跟蹤精度需要依賴于FFT分辨率，以及數(shù)據(jù)濾波功能缺失的問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于叉積自動(dòng)頻率控制的雷達(dá)目標(biāo)速度跟蹤方法流程示意圖。

圖2是本發(fā)明中使用滑窗提取雷達(dá)速度通道信號數(shù)據(jù)點(diǎn)的示意圖。

圖3是本發(fā)明仿真實(shí)驗(yàn)中的計(jì)算機(jī)仿真的場景示意圖。

圖4是本發(fā)明仿真實(shí)驗(yàn)中雷達(dá)目標(biāo)的速度變化曲線示意圖。

圖5是本發(fā)明方法與傳統(tǒng)基于速傅里葉變換的速度跟蹤方法的跟蹤性能對比曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

容易理解，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在不變更本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神的情況下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以想象出本發(fā)明基于叉積自動(dòng)頻率控制的雷達(dá)目標(biāo)速度跟蹤方法的多種實(shí)施方式。因此，以下具體實(shí)施方式和附圖僅是對本發(fā)明的技術(shù)方案的示例性說明，而不應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的全部或者視為對本發(fā)明技術(shù)方案的限制或限定。

結(jié)合圖1，本發(fā)明基于叉積自動(dòng)頻率控制的雷達(dá)目標(biāo)速度跟蹤方法包括以下步驟：

第一步，使用滑窗提取雷達(dá)速度通道信號的數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到M個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。如圖2所示，從雷達(dá)速度通道中信號的第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)開始，使用滑窗提取M個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到本次相參處理間隔(CPI)所需處理的數(shù)據(jù)點(diǎn)。在下一個(gè)CPI提取數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，滑窗順序向后移動(dòng)一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到下一個(gè)CPI相應(yīng)的的M個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

第二步，將M個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)通過數(shù)控振蕩器進(jìn)行混頻處理，獲得混頻后的信號。

第三步，對混頻后的信號分別做取實(shí)部處理與取虛部處理，獲得實(shí)部信號I與虛部信號Q。

第四步，按照叉積計(jì)算方法分別計(jì)算混頻后信號的M個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的叉積值，計(jì)算方法如式(1)所示，

P_t(k)＝I_k-1·Q_k-Q_k-1·I_k (1)

式(1)中，P_t(k)為第k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的叉積值，I_k步驟三獲得的第k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的實(shí)部信號，Q_k為步驟三獲得的第k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的虛部信號，k∈M。

第五步，將M個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的叉積值P_t(k)累加，獲得對應(yīng)的叉積能量和P，叉積能量 和P如式(2)所示：

第六步，以求模方式對混頻后信號分別計(jì)算M個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的模值，計(jì)算方法如式(3)所示，

式(3)中，A_t(k)為混頻后信號中第k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的模值。

第七步，計(jì)算M個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)模值A(chǔ)_t(k)的均值A(chǔ)，計(jì)算方法如式(4)所示：

第八步，使用叉積自動(dòng)頻率控制方法計(jì)算獲得CPAFC鑒頻曲線的斜率K，計(jì)算方式如式(5)所示：

式(5)中，T為使用滑窗提取雷達(dá)速度通道信號的數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間間隔。

第九步，計(jì)算獲得多普勒頻頻率差df_d，計(jì)算方法如式(6)所示：

第十步，將多普勒頻率差df_d送入環(huán)路濾波器中，獲得多普勒頻率差df_d的濾波值。

第十一步，將多普勒頻率差的濾波值送入數(shù)控振蕩器中獲得多普勒頻率的濾波值f_d。

第十二步，判斷是否使用滑窗全部提取完畢雷達(dá)速度通道的所有信號數(shù)據(jù)，如果提取完全部數(shù)據(jù)，則將獲得的多普勒頻率的濾波值f_d輸出，并進(jìn)入第十三步；否則返回第一步。

第十三步，計(jì)算并獲得雷達(dá)目標(biāo)的速度濾波值v，計(jì)算方法如式(7)所示：

式(7)，λ為雷達(dá)工作波長。

本發(fā)明可以通過以下仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說明。

結(jié)合圖3，目標(biāo)機(jī)動(dòng)飛行，雷達(dá)與目標(biāo)相向運(yùn)動(dòng)，其中，目標(biāo)作曲線運(yùn)動(dòng)，雷達(dá)作 直線運(yùn)動(dòng)。圖4為計(jì)算機(jī)仿真場景中雷達(dá)與目標(biāo)之間徑向速度的變化曲線。圖5給出了在圖3所示的計(jì)算機(jī)仿真場景中，采用本發(fā)明方法與傳統(tǒng)基于傅里葉變換的速度跟蹤方法的速度跟蹤性能對比曲線。從圖5中可以看出，本發(fā)明方法的跟蹤誤差更小，而且隨著跟蹤狀態(tài)的進(jìn)行，由于傳統(tǒng)速度跟蹤方法中沒有采用數(shù)據(jù)濾波，其無法較為準(zhǔn)確的預(yù)測雷達(dá)與目標(biāo)在下一個(gè)CPI的徑向速度。因此，在徑向速度劇烈變化的場景中，采用高低多普勒跟蹤濾波器的傳統(tǒng)速度跟蹤方法的速度跟蹤誤差隨著徑向速度的變化加劇而越變越大，甚至出現(xiàn)了明顯的發(fā)散趨勢。對比看來，本發(fā)明方法得到的速度跟蹤誤差依舊維持在一個(gè)很理想的水平。采用傳統(tǒng)速度跟蹤方法的速度跟蹤環(huán)路，其速度跟蹤均方根誤差為1.0981m/s；本發(fā)明提出方法得到速度跟蹤環(huán)路的速度跟蹤均方根誤差為0.0924m/s，為對比方法的8.4％，性能得到了顯著提高。