一种基于频域切变的相参积累方法技术

本发明专利技术涉及一种基于频域切变的相参积累方法，当目标回波包络在相参处理间隔内出现跨距离单元走动时，将距离-慢时间维信号空间的包络走动轨迹看作图像，再通过频域切变处理方法进行一定角度的旋转平移，每一次旋转平移过程通过慢时间维快速傅里叶变换得到相参积累峰值；这样每一个旋转角度对应一个积累峰值，以最大峰值位置得到对应的目标轨迹的斜率、及起始距离，从而得到目标的运动轨迹。本发明专利技术有效实现距离走动校正和目标能量的积累，适用于雷达微弱目标信号检测、及雷达成像技术中距离走动校正，其精度高、运算速度快、易于工程实现、鲁棒性好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于频域切变的相参积累方法
本专利技术属于雷达系统中目标检测和跟踪
，特别涉及一种基于频域切变的相参积累方法。
技术介绍
隐身目标、无人机以及巡航导弹等微弱目标，对传统雷达系统构成严重的威胁，而长时间相参积累技术能有效的对隐身等微弱目标进行检测。但在雷达信号长时间相参积累处理中，目标运动引起的跨距离走动严重影响目标能量的积累和检测。并且伴随着雷达对高分辨率的需求，距离单元越来越小，跨距离单元现象更加严重。对于跨距离单元补偿问题，需要目标运动参数的精确估计，而一般情况下低信噪比(SNR)时，目标运动参数的精确估计是难以做到的。因此未知目标运动参数情况下，如何进行积累检测和改善积累检测的性能是长时间信号积累检测要研究的主要问题。在成像系统中，逆合成孔径雷达(ISAR)的平动补偿包络对齐方法，如互相关法、模-1或模-2法、最小熵法等，在回波SNR较高时才有较好的包络对齐效果。对目标运动参数搜索类的方法，其时域移位或寻址量为整数，在未插值时有能量积累损失，并且运算量大。Keystone变换能够在一定速度范围内的跨距离单元进行统一补偿(详见“张顺生,曾涛,基于Keystone变换的微弱目标检测,电子学报,2005,33(6):1675-1678.”)，但是该算法需要对多普勒模糊数进行估计，否则性能严重下降。图像处理中，直线检测的Hough变换和Radon变换应用于“检测前跟踪(TBD)”技术中，但是由于非相参积累存在SNR阈值现象，对低SNR积累效率不高。相参Radon变换对微弱目标进行检测，其采用旋转和双线性插值实现Radon变换并通过多普勒滤波器进行相位补偿实现相参积累(详见“JavierCM,JavierGM,etal.,ACoherentRadonTransformforSmallTargetDetection,IEEERaderConference,2009:1-4.”)，但是插值存在损失且容易导致旁瓣的产生。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于隐身等微弱目标回波信号，采用长时间相参积累技术过程出现的跨距离单元走动问题的解决方法。按照本专利技术提供的方法对微弱目标回波信号进行距离走动校正和相参积累，得到低信噪比下目标回波信号的能量积累，同时得到运动目标的轨迹信息。为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于频域切变的相参积累方法，其中包含如下步骤：S1、雷达对接收信号处理后得到基带信号，进一步得到包含目标的包络轨迹信号距离-慢时间维信号空间；S2、根据目标的速度范围确定所要进行频域切变的角度范围，并确定角度搜索过程中的角度步进；S3、对每一个搜索角度进行频域切变，来进行包络轨迹的搜索；S4、沿慢时间维快速傅里叶变换完成一次角度搜索结果的多普勒滤波，得到快速傅里叶变换之后该角度对应的距离-多普勒参数空间；S5、判断距离-多普勒参数空间峰值是否为最大峰值，如果是最大峰值，则返回最大峰值位置和对应的旋转角度；如果不是最大峰值，重复S3～S5，直至搜索角度遍历完毕，输出最大峰值位置及其对应的旋转角度；S6、对返回的最大峰值所在的距离-多普勒参数空间进行恒虚警检测,如果过门限，则输出此时参数空间的距离信息，并根据此时的角度值得到目标的速度信息；通过S1～S6，完成距离走动情况下的距离走动补偿，并得到相参积累结果，从而得到目标的运动轨迹。优选示例的一种基于频域切变的相参积累方法中，包含如下步骤：(1)雷达对接收信号处理后得到基带信号，进一步得到包含目标的包络轨迹信号距离-慢时间维信号空间。(2)根据目标的速度范围确定所要进行频域切变的角度范围，并确定角度搜索过程中的角度步进Δθ。(3)对包络轨迹s(t,tm)进行频域切变进行包络轨迹的搜索。首先，初始化切变旋转角度。(4)整个切变过程始终围绕信号空间的中心进行旋转平移。为了表示方便，将f(x,y)表示包络轨迹s(t,tm)，u表示距离维x的频域，v表示慢时间维y的频域。则行切变过程表示为Mx(x,y)＝IFFTu{Q1(u,y)FFTx{f(x,y)}}其中，FFTx表示对x进行快速傅里叶变换；IFFTu表示对u进行快速傅里叶逆变换；Q1(u,y)为其中，θ为切变旋转角度；M为相参处理间隔内的脉冲数；N为距离维采样点数。(5)对行切变之后的信号空间进行列切变变换。即对Mx(x,y)进行列方向的变换：Myx(x,y)＝IFFTv{Q2(x,v)FFTy{Mx(x,y)}}其中，FFTy表示对y进行快速傅里叶变换；IFFTv表示对v进行快速傅里叶逆变换；Q2(x,v)为(6)对Myx(x,y)进行行方向的变换：Mxyx(x,y)＝IFFTu{Q1(u,y)FFTx{Myx(x,y)}}上述(3)～(6)完成一次角度切变旋转变换。(7)沿慢时间维快速傅里叶变换(FFT)完成一次角度搜索结果的多普勒滤波，FFT之后该角度对应的距离-多普勒参数空间。(8)判断距离-多普勒参数空间峰值大小，如果是最大值返回峰值位置(距离、速度)和此时的对应的旋转角度θ；如果不是最大峰值，按角度步进更新旋转角度，并重复(4)～(7)，直至搜索角度遍历完毕，输出最大峰值位置、以及该最大值对应的角度。(9)对返回的最大峰值所在的距离-多普勒参数空间进行恒虚警检测(CFAR)，如果过门限，则输出此时参数空间的距离信息，而目标的速度信息从此时的角度值得到。通过以上步骤，即可完成距离走动情况下的距离走动补偿，并得到相参积累结果，从而得到目标的运动轨迹。本专利技术提出基于频域切变的距离走动补偿及利用其进行相参积累的方法，与现有技术相比，本专利技术的创新点和优点在于：1)采用频域切变的方法对目标轨迹进行寻找；2)通过峰值对应角度反推得到目标的速度，当回波包络发生距离走动时，即轨迹存在一定的斜率，就不存在速度模糊的问题；3)频域切变过程可以采用FFT实现，不存在速度模糊、插值损失问题，因此计算速度快，同时便于工程实现；4)频域进行距离走动的校正无需插值等操作，不会出现积累损失问题。附图说明图1：本专利技术实施流程图；图2：目标包络轨迹所在距离-慢时间维信号空间示意图；图3：频域切变后包络轨迹的位置示意图；图4：频域切变具体实现过程。具体实施方式本专利技术涉及无线电回波信号在跨距离走动(包络走动)情况下，进行目标回波包络的补偿对齐，并完成回波能量相参积累的技术。参照图1所示，为本专利技术所述基于频域切变的相参积累方法的实施流程图，其具体实施步骤如下：步骤1，雷达接收到雷达回波数据进行混频得到基带雷达回波信号。设远场、单目标回波信号在一个相参积累间隔(CPI)内雷达接收到的第m个回波基带信号为sr(t,tm)＝Arp(t-2R(tm)/c)exp(-j4πfcR(tm)/c)(1)其中，t和tm分别为快时间和慢时间(tm＝mTr，且Tr为脉冲重复间隔(PRI))；fc为载波频率；c为光速；Ar为点目标的回波幅度；p(t)表示发射的基带信号；R(tm)＝R0+v1tm其中R0和R(tm)分别为t0和tm时刻目标相对于雷达的径向距离；v1为目标的速度。步骤2，得到包含目标的包络轨迹信号空间。对于式(1)，如果发射波形基带信号p(t)为方波，则式(1)表示回波的包络轨迹s(t,tm)＝sr(t,tm)。如果发射波形基带信号为线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于频域切变的相参积累方法，其特征在于，包含如下过程：S1、雷达对接收信号处理后得到基带信号，进一步得到包含目标的包络轨迹信号距离‑慢时间维信号空间；S2、根据目标的速度范围确定所要进行频域切变的角度范围，并确定角度搜索过程中的角度步进；S3、对每一个搜索角度进行频域切变，来进行包络轨迹的搜索；S4、沿慢时间维快速傅里叶变换完成一次角度搜索结果的多普勒滤波，得到快速傅里叶变换之后该角度对应的距离‑多普勒参数空间；S5、判断距离‑多普勒参数空间峰值是否为最大峰值，如果是最大峰值，则返回最大峰值位置和对应的旋转角度；如果不是最大峰值，重复S3～S5，直至搜索角度遍历完毕，输出最大峰值位置及其对应的旋转角度；S6、对返回的最大峰值所在的距离‑多普勒参数空间进行恒虚警检测,如果过门限，则输出此时参数空间的距离信息，并根据此时的角度值得到目标的速度信息；通过S1～S6，完成距离走动情况下的距离走动补偿，并得到相参积累结果，从而得到目标的运动轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种基于频域切变的相参积累方法，其特征在于，包含如下过程：S1、雷达对接收信号处理后得到基带信号，进一步得到包含目标的包络轨迹信号距离-慢时间维信号空间；S2、根据目标的速度范围确定所要进行频域切变的角度范围，并确定角度搜索过程中的角度步进；S3、对每一个搜索角度进行频域切变，来进行包络轨迹的搜索；S4、沿慢时间维快速傅里叶变换完成一次角度搜索结果的多普勒滤波，得到快速傅里叶变换之后该角度对应的距离-多普勒参数空间；S5、判断距离-多普勒参数空间峰值是否为最大峰值，如果是最大峰值，则返回最大峰值位置和对应的旋转角度；如果不是最大峰值，重复S3～S5，直至搜索角度遍历完毕，输出最大峰值位置及其对应的旋转角度；S6、对返回的最大峰值所在的距离-多普勒参数空间进行恒虚警检测,如果过门限，则输出此时参数空间的距离信息，并根据此时的角度值得到目标的速度信息；通过S1～S6，完成距离走动情况下的距离走动补偿，并得到相参积累结果，从而得到目标的运动轨迹。2.如权利要求1所述的相参积累方法，其特征在于，所述步骤1中，设远场、单目标回波信号在一个相参积累间隔内雷达接收到的第m个回波基带信号为sr(t,tm)＝Arp(t-2R(tm)/c)exp(-j4πfcR(tm)/c)其中，t和tm分别为快时间和慢时间，tm＝mTr，且Tr为脉冲重复间隔；fc为载波频率；c为光速；Ar为点目标的回波幅度；p(t)表示发射波形基带信号；R(tm)＝R0+v1tm其中R0和R(tm)分别为t0和tm时刻目标相对于雷达的径向距离；v1为目标的速度。3.如权利要求2所述的相参积累方法，其特征在于，如果发射波形基带信号p(t)为方波，则回波的包络轨迹表示为s(t,tm)＝sr(t,tm)；如果发射波形基带信号为线性调频信号，则包络轨迹表示为s(t,tm)＝A1Bsinc[B(t-2R(tm)/c)]exp(-j4πfcv1tm/c)其中，A1＝Arexp(-j4πfcR0/c)；B为信号带宽。4.如权利要求3所述的相参积累方法，其特征在于，所述步骤2中，目标的速度范围为vmin≤v1≤vmax时，所需要搜索的角度范围为<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊豪，陈潜，付朝伟，王海涛，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31