相参捷变频雷达杂波抑制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种相参捷变频雷达杂波抑制算法，将要进行杂波抑制和相参积累的雷达基带回波信号排列成回波信号矩阵；通过计算所述矩阵，抑制所述回波信号中的杂波分量，保留运动目标的信号分量；将杂波抑制后的回波信号进行相参积累。本发明专利技术还公开了与上述算法对应的一种相参捷变频雷达杂波抑制系统，包括：信号排列模块、杂波抑制模块和相参积累模块。本发明专利技术具有如下优点：算法可以有效的抑制杂波能量，在检测运动目标的同时，可以获得目标的径向运动速度信息，同时得到目标的高分辨距离像，从而实现目标的速度、距离同时高分辨探测；算法计算量较低；能够抑制信号中的杂波分量；提升目标信噪比，获得目标的速度信息和高分辨图像。

【技术实现步骤摘要】
相参捷变频雷达杂波抑制方法及系统
本专利技术涉及雷达信号处理
，可应用于相参捷变频雷达中，信号的杂波抑制与目标检测。
技术介绍
发射脉冲间的频率捷变是一种重要的雷达抗干扰手段。对于雷达侦察机和干扰机而言，被侦察雷达的工作频率是其最关心的一项技术参数。只有准确的了解了被侦察雷达的工作频率，才能够有效的进行定位、压制和欺骗。从另一个方面来看，通过在脉冲间不断的改变发射频率，雷达可以有效的欺骗和干扰侦察机的工作，从而实现不容易被侦察，测量和干扰的目的。频率捷变一直以来被认为是最有效的雷达抗干扰手段。捷变频雷达就是利用这一原理，在发射脉冲间不断地改变工作频率，来实现反侦察、抗干扰能的一类雷达。早期的捷变频雷达由于接收机技术的限制，通常工作于非相参状态。非相参捷变频通常采用直接将检波后的信号包络相加来实现目标检测。由于非相参捷变频雷达的接收机无法利用从目标反射回来的信号的相位信息，难以获得现代雷达所具有的相参积累，运动目标处理，高分辨合成带宽/孔径成像的能力，很难继续适应现代雷达技术的发展。相参捷变频雷达，就是既要在脉冲间实现雷达工作频率快速捷变，也就是说，当前脉冲和下一个脉冲的工作频率是不一样的，又要能够有效的获取反射信号的相位信息。这种雷达一方面具有了传统捷变频雷达优异的反侦察、抗干扰能力，又可以利用信号的相位实现相参积累，运动目标处理，高分辨成像的能力，具有非常高的应用价值。相参捷变频雷达在雷达探测和电子对抗中具有重要的意义。在雷达理论与雷达技术中，相参处理的一个重要价值在于可以对接收的信号进行运动目标处理，例如运动目标指示(MovingTargetIndication,MTI)技术和运动目标检测(MovingTargetDetection,MTD)技术，均可以很好的将雷达接收到的回波信号中，来抑制静止目标的回波(杂波)，剩下来自运动目标的回波，从而达到提高信杂比，达到提高运动目标探测能力的目的。在现有技术中，对雷达抗干扰的技术主要包括：1，动目标显示(MTI)技术。MTI雷达利用动目标回波的多普勒频移来区分动目标和固定目标。在MTI结构的雷达中，射频振荡器向发射脉冲的脉冲放大器馈送能量。同时，射频振荡器还作为确定回波信号相位的相位基准。在发射脉冲的间隔时间内，相位信息储存在脉冲重复间隔(PRI)存储器中，并且还与前一个发射脉冲的相位信息相减。只有当回波信号为动目标回波时，减法器才有输出。MTI的相参处理是基于不同周期回波间的相位相关性,而频率捷变则破坏了种相关性，造成杂波抑制性能的较大损失，因此在既采用频率捷变技术又采用MTI滤波的相参处理雷达中会出现两者不兼容的矛盾。2，动目标检测(MTD)技术。基于MTI原理，在MTD中，信号处理机使用若干个并行的多普勒滤波器，滤波器不同的通带可以用来检测不同运动速度的目标。在现代雷达中，通过这些处理方法，实现一个完整的信号处理系统，从而获得良好的杂波抑制。对MTD相参雷达来说，为了获得运动目标的速度信息，必须测出不同速度目标的回波信号相对于发射信号的相位变化值，运动目标回波的相位由于多普勒效应产生，同时也与发射信号的载频相关。在频率捷变雷达中，由于相邻脉冲的载频不同，这就使相同速度的目标在不同载频情况下的回波相位也发生变化，因而不能很好检测运动目标的速度。3，脉冲成组捷变的杂波抑制技术。脉冲成组捷变是指发射一组频率相同的脉冲后,再跳到新的频率上发射另一组脉冲。对于成组捷变的方式，杂波抑制及动目标检测需要在脉冲组内进行，由于组内脉冲频率相同，可以进行相参处理及杂波抑制。然而，采用这种方式的雷达系统，组内脉冲的个数限制了相参积累的脉冲个数，而当组内脉冲过多时，会影响雷达的频率捷变性能，增加雷达系统被侦察干扰机截获和跟踪的概率，使雷达系统抗干扰性能下降。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种相参捷变频雷达杂波抑制算法和系统，能够抑制相参捷变频雷达回波信号中的来之静止物体反射的杂波能量，同时积累来自运动目标的能量，从而实现相参捷变频雷达对运动目标的检测。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面的实施例公开了一种相参捷变频雷达杂波抑制算法，包括以下步骤：步骤1将要进行杂波抑制和相参积累的雷达基带回波信号排列成回波信号矩阵；步骤2通过计算杂波抑制矩阵，抑制所述回波信号中的杂波分量，保留运动目标的信号分量；步骤3将杂波抑制后的回波信号进行相参积累。根据本专利技术实施例的相参捷变频雷达杂波抑制算法，算法可以有效的抑制杂波能量，从而避免了在低信噪比情况下，杂波的“旁瓣平台”掩盖运动目标，造成目标漏检；可以在检测运动目标的同时，获得目标的径向运动速度信息，同时得到目标的高分辨距离像，从而实现目标的速度、距离同时高分辨探测；第三，计算量较低。另外，根据本专利技术上述实施例的相参捷变频雷达杂波抑制算法还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，在步骤1中，具体实现方式为，将一个相参积累间隔中，不同脉冲的回波采样数据排列成一个矩阵，所述矩阵的行数等于脉冲个数，矩阵的列数等于每个脉冲的采样点个数。进一步地，在步骤2中，具体包括以下步骤：步骤2.1根据雷达天线的指标参数与运动状态、回波数据，计算得到需要抑制的杂波所对应的反射体速度范围；步骤2.2根据相参捷变频雷达的波形参数和所述杂波所对应的反射体速度范围，计算得到杂波抑制矩阵；步骤2.3通过对所述杂波抑制矩阵进行乘法计算，抑制回波信号中的杂波分量。进一步地，在步骤3中，具体包括以下步骤：步骤3.1根据运动目标的速度，计算生成速度补偿向量，采用矩阵哈达马积的方式，补偿目标速度引入的信号相位；步骤3.2将速度补偿后的不同脉冲的回波信号进行相参积累。进一步地，在步骤2.1中，设定所述杂波对应反射体速度范围，具体包括根据雷达及环境的相关参数，假定来自相对雷达天线径向速度在[vmin,vmax]区间内的反射体的回波信号为杂波。进一步地，在步骤2.2中，所述杂波抑制矩阵的计算包括以下步骤：步骤2.2.1初始化杂波流形矩阵R构造一N行，L×M列的全零矩阵R，其中，L和M的计算方式如下：M＝(ΔF/Δf)+1其中，计算相参积累的所有脉冲的工作频率中任意两个所述工作频率差值，ΔF为取所述差值的最大值，Δf为取所述差值的最小公约数；L＝ceil[(vmax-vmin)/Δv]其中，Δv＝c·fp/f0，vmax是需要抑制的杂波对应的最大速度，vmin为需要抑制的杂波对应的最小速度，c为光速，fp为脉冲重复频率，f0为相参积累的所有脉冲的工作频率的最小值，ceil(·)为向上取整函数；步骤2.2.2计算杂波流形矩阵R杂波流形矩阵第n行，第kM+m(0≤k≤L-1,0≤m≤M-1)列的元素Rn,kM+m为其中，fn为第n个脉冲的工作频率；步骤2.2.3对杂波流形矩阵R进行奇异值分解R＝U∑V其中，∑为一对角矩阵，U、V均为所述对角矩阵中的元素，对角线元素均为奇异值，且对角线元素的绝对值从左上到右下依次减小；步骤2.2.4构造杂波抑制矩阵；杂波抑制矩阵P通过以下的计算：P＝I–CCH其中，C＝U[1:LM]，表示矩阵C为前述矩阵U中，第1个到第LM个列向量组成的子阵，CH表示矩阵C的共轭转置，I表示N行，N列的单位矩阵，矩阵P是N本文档来自技高网...

【技术保护点】
相参捷变频雷达杂波抑制算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1将要进行杂波抑制和相参积累的雷达基带回波信号排列成回波信号矩阵；步骤2通过计算所述矩阵，抑制所述回波信号中的杂波分量，保留运动目标的信号分量；步骤3将杂波抑制后的回波信号进行相参积累。

【技术特征摘要】
1.相参捷变频雷达杂波抑制算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1将要进行杂波抑制和相参积累的雷达基带回波信号排列成回波信号矩阵；步骤2通过计算杂波抑制矩阵，抑制所述回波信号中的杂波分量，保留运动目标的信号分量，步骤2.1根据雷达天线的指标参数与运动状态、回波数据，计算得到需要抑制的杂波所对应的反射体速度范围；步骤2.2根据相参捷变频雷达的波形参数和所述杂波所对应的反射体速度范围，计算得到杂波抑制矩阵；步骤2.2.1初始化杂波流形矩阵R构造一N行，L×M列的全零矩阵R，其中，L和M的计算方式如下：M＝(ΔF/Δf)+1其中，计算相参积累的所有脉冲的工作频率中任意两个所述工作频率差值，ΔF为取所述差值的最大值，Δf为取所述差值的最小公约数；L＝ceil[(vmax-vmin)/Δv]其中，Δv＝c·fp/f0，vmax是需要抑制的杂波对应的最大速度，vmin为需要抑制的杂波对应的最小速度，c为光速，fp为脉冲重复频率，f0为相参积累的所有脉冲的工作频率的最小值，ceil(·)为向上取整函数；步骤2.2.2计算杂波流形矩阵R杂波流形矩阵第n行，第kM+m(0≤k≤L-1,0≤m≤M-1)列的元素Rn,kM+m为其中，fn为第n个脉冲的工作频率；步骤2.2.3对杂波流形矩阵R进行奇异值分解R＝U∑V其中，∑为一对角矩阵，U、V均为所述对角矩阵中的元素，对角线元素均为奇异值，且对角线元素的绝对值从左上到右下依次减小；步骤2.2.4构造杂波抑制矩阵；杂波抑制矩阵P...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘一民，王希勤，张晨路，张祎博，文俊杰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11