基于时频分析的机动目标检测方法技术

本发明专利技术提供基于时频分析的机动目标检测方法，包括以下步骤：获取天波雷达在第一位置范围内的雷达回波信号为第一雷达回波信号，其中，雷达回波信号中包含有机动目标回波；对第一雷达回波信号进行相位变换，获得第二雷达回波信号；通过分别在不同时刻对第二雷达回波信号进行关于机动目标的瞬时频率变化率的匹配傅里叶变换，获得一基于时间和瞬时频率变化率的联合域；在建立的以时间和瞬时频率变化率为坐标轴的坐标系中，沿平行于时间坐标轴的对应不同瞬时频率变化率的直线，对所述联合域进行积分，获得积累后的机动目标的能量函数；判断能量函数是否小于预设的能量门限值；当能量函数大于等于能量门限值时，确定机动目标在第一位置范围内。

【技术实现步骤摘要】
基于时频分析的机动目标检测方法
本专利技术涉及天波雷达机动目标检测技术，尤其是涉及基于时频分析的机动目标检测方法。
技术介绍
在天波超视距雷达中，机动目标径向速度的变化会使目标多普勒谱展宽，从而导致机动目标检测十分困难。而对于弱小目标以及短时间相干累积下的目标检测，由于其回波中目标信杂噪比通常很低，因此，进一步加大了机动目标检测的难度。目前，天波雷达机动目标检测技术主要分为两类：一、基于多项式相位模型下的参数估计和相位补偿技术该技术是将目标回波建模为多项式相位信号(PolynomialPhaseSignal，PPS)，具体的，通过各种相位变换算法估计出高阶多项式相位系数，再构造多普勒补偿因子对目标回波进行补偿，从而抑制掉高阶相位系数引起的多普勒谱扩展。其中，以高阶模糊函数(High-orderAmbiguityFunction，HAF)为代表的参数估计算法，由于计算量小、运行速度快等优点得到了广泛关注，其处理方法为：对经过海杂波抑制后的雷达回波信号，利用HAF变换依次估计出各阶相位系数，并构造多普勒补偿因子，以对雷达回波信号进行补偿，实现多普勒高阶谱的抑制，最后，对回波信号做快速傅里叶变换(FastFourierTransform，FFT)，在频谱中设置适合的监测门限，从而实现目标检测。但，该方法需要进行多次相位降阶操作，而每一次相位降阶操作都会损失一定的信噪比，从而，使得该方法在低信噪比的情况下，无法对弱小目标进行有效检测。二、基于时频分析的机动目标检测技术该技术是通过各种时频变换，将时域信号转换到时间-频率[t，f]的联合域中进行分析。由于机动目标近似为一个线性调频信号，并且利用线性调频信号在时频域中呈现为一条具有一定斜率的直线的性质，因此，通过图像处理中直线检测工具对时频域中机动目标所在的直线进行检测，实现目标能量的积累和检测。传统的时频变换有短时傅里叶变换(ShortTimeFourierTransform，STFT)，小波变换(WaveletTransform，WT)和维格纳分布变换(WignerVilleDistributiong，WVD)。在直线检测上，通常采用霍夫变换(Hough)和拉冬变换(Radon)。现有的基于时频分析的机动目标检测技术是将WVD和Hough变换结合起来实现天波雷达机动目标的检测和参数估计的，该方法对于瞬态干扰过于敏感，容易将瞬态干扰误当为目标，覆盖真实的机动目标，在瞬态干扰严重时，利用该方法将无法有效检测目标。另外，采用Hough变换检测直线时，存在计算量大、耗时长的技术问题，难以满足雷达目标检测的实时性要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有的基于时频分析的机动目标检测技术运算量大、易受瞬态干扰影响。为解决上述问题，本专利技术提供基于时频分析的机动目标检测方法，包括以下步骤：获取天波雷达在第一位置范围内的雷达回波信号为第一雷达回波信号，其中，雷达回波信号中包含有机动目标回波；对第一雷达回波信号进行相位变换，消除机动目标回波中的一次相位项，获得第二雷达回波信号；通过分别在不同时刻对第二雷达回波信号进行关于机动目标的瞬时频率变化率的匹配傅里叶变换，获得一基于时间和瞬时频率变化率的联合域；在建立的以时间和瞬时频率变化率为坐标轴的坐标系中，沿平行于时间坐标轴的对应不同瞬时频率变化率的直线，对所述联合域进行积分，获得积累后的机动目标的能量函数；判断能量函数是否小于预设的能量门限值；当能量函数大于等于能量门限值时，确定机动目标在第一位置范围内。进一步的，在判断能量函数是否小于预设的能量门限值之后，还包括步骤：当能量函数小于能量门限值时，确定机动目标不在第一位置范围内。进一步的，在对第一雷达回波信号进行相位变换之前，还包括步骤：通过高通滤波器滤除第一雷达回波信号中的海杂波。进一步的，对第一雷达回波信号进行相位变换，消除机动目标回波中的一次相位项，获得第二雷达回波信号，具体为：对第一雷达回波信号进行关于延时时间的相位变换，消除机动目标回波中关于延时时间变量的一次相位项，获得仅包含关于延时时间变量的二次相位项的第二雷达回波信号。进一步的，当第一雷达回波信号表示为s(n)时，对第一雷达回波信号s(n)进行关于延时时间的相位变换s(n-p)·s(n+p)，获得第二雷达回波信号s(n,p)，其中，p为延时时间。进一步的，对第二雷达回波信号s(n,p)进行匹配傅里叶变换，获得基于时间和瞬时频率变化率的联合域MFT(n,ω)，具体如下式：其中，ω为机动目标的瞬时频率变化率，Q为延时时间p的取值范围。进一步的，在获取第一雷达回波信号之后，还包括步骤：将机动目标的初始速度和加速度作为参变量，构建机动目标回波的离散形式，其中，在离散形式的机动目标回波中，关于时间变量的一次项系数为第一系数，关于时间变量的二次项系数为第二系数。进一步的，在获得积累后的机动目标的能量函数之后，还包括步骤：基于能量函数能量最大时的瞬时频率变化率，获得第二系数的估计值；基于第二系数的估计值，获得机动目标的加速度值。进一步的，在获得第二系数的估计值之后，还包括步骤：基于第二系数的估计值，构造相位补偿因子，对机动目标回波信号进行相位补偿，获得一相位补偿信号。进一步的，在获得一相位补偿信号之后，还包括步骤：对相位补偿信号进行傅里叶变换，获得一傅里叶函数；基于所述傅里叶函数的频谱，获取与所述频谱谱峰中的最大值对应的瞬时频率；基于所述瞬时频率，获得第一系数的估计值；基于第一系数的估计值，获得机动目标的初始速度值。本专利技术的有益效果是：由于机动目标能量的可积累性，以及噪声不相干无法有效积累的特点，通过在时间和瞬时频率变化率的联合域中对机动目标的能量进行积累，从而实现对机动目标的检测，使得本申请具有较低的信噪比门限，在低信噪比的情况下，也能够实现对机动目标的检测；通过获得时间和瞬时频率变化率的联合域，并建立以时间和瞬时频率变化率为坐标轴，沿平行于时间坐标轴的对应不同瞬时频率变化率的直线，对该联合域进行积分，从而对机动目标的能量进行积累，解决了现有的基于时频分析的机动目标检测技术存在的易受瞬态干扰影响的问题，提高了天波雷达抗瞬态干扰的能力；进一步，通过将能量函数与能量门限值进行比较，并利用比较结果实现对机动目标的检测，与现有的利用Hough变换进行检测相比，减小了计算量，能够实现快速检测机动目标。附图说明图1是本专利技术基于时频分析的机动目标检测方法的流程图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细描述。本申请的基于时频分析的机动目标检测方法，包括以下步骤：获取天波雷达在第一位置范围内的雷达回波信号为第一雷达回波信号，其中，雷达回波信号中包含有机动目标回波；对第一雷达回波信号进行相位变换，消除机动目标回波中的一次相位项，获得第二雷达回波信号；通过分别在不同时刻对第二雷达回波信号进行关于机动目标的瞬时频率变化率的匹配傅里叶变换，获得一基于时间和瞬时频率变化率的联合域；在建立的以时间和瞬时频率变化率为坐标轴的坐标系中，沿平行于时间坐标轴的对应不同瞬时频率变化率的直线，对所述联合域进行积分，获得积累后的机动目标的能量函数；判断能量函数是否小于预设的能量门限值；当能量函数大于等于能量门限值时，确定机动目标在第一位置范围内本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于时频分析的机动目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取天波雷达在第一位置范围内的雷达回波信号为第一雷达回波信号，其中，雷达回波信号中包含有机动目标回波；对第一雷达回波信号进行相位变换，消除机动目标回波中的一次相位项，获得第二雷达回波信号；通过分别在不同时刻对第二雷达回波信号进行关于机动目标的瞬时频率变化率的匹配傅里叶变换，获得一基于时间和瞬时频率变化率的联合域；在建立的以时间和瞬时频率变化率为坐标轴的坐标系中，沿平行于时间坐标轴的对应不同瞬时频率变化率的直线，对所述联合域进行积分，获得积累后的机动目标的能量函数；判断能量函数是否小于预设的能量门限值；当能量函数大于等于能量门限值时，确定机动目标在第一位置范围内。

【技术特征摘要】
1.基于时频分析的机动目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取天波雷达在第一位置范围内的雷达回波信号为第一雷达回波信号，其中，雷达回波信号中包含有机动目标回波；对第一雷达回波信号进行相位变换，消除机动目标回波中的一次相位项，获得第二雷达回波信号；通过分别在不同时刻对第二雷达回波信号进行关于机动目标的瞬时频率变化率的匹配傅里叶变换，获得一基于时间和瞬时频率变化率的联合域；在建立的以时间和瞬时频率变化率为坐标轴的坐标系中，沿平行于时间坐标轴的对应不同瞬时频率变化率的直线，对所述联合域进行积分，获得积累后的机动目标的能量函数；判断能量函数是否小于预设的能量门限值；当能量函数大于等于能量门限值时，确定机动目标在第一位置范围内；当能量函数小于能量门限值时，确定机动目标不在第一位置范围内。2.如权利要求1所述的基于时频分析的机动目标检测方法，其特征在于，在对第一雷达回波信号进行相位变换之前，还包括步骤：通过高通滤波器滤除第一雷达回波信号中的海杂波。3.如权利要求1所述的基于时频分析的机动目标检测方法，其特征在于，对第一雷达回波信号进行相位变换，消除机动目标回波中的一次相位项，获得第二雷达回波信号，具体为：对第一雷达回波信号进行关于延时时间的相位变换，消除机动目标回波中关于延时时间变量的一次相位项，获得仅包含关于延时时间变量的二次相位项的第二雷达回波信号。4.如权利要求3所述的基于时频分析的机动目标检测方法，其特征在于，当第一雷达回波信号表示为s(n)时，对第一雷达回波信号s(n)进行关于延时时间的相位变换s(n-p...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾慧，李万阁，林志榕，张亚璇，胡进峰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51