脉冲压缩捷变频雷达的动目标检测方法技术

本发明专利技术属于雷达信号处理技术领域，涉及一种脉冲压缩捷变频雷达的动目标检测方法。本发明专利技术不直接对回波信号进行去载频，而是先将回波信号的初始载频去除，存储得到快‑慢时间域回波矩阵；然后根据每个回波脉冲的剩余波形构造相应的匹配滤波器，对快‑慢时间域回波矩阵快时间域内的每一个回波脉冲均进行匹配滤波；对匹配滤波后的快‑慢时间域回波矩阵中慢时域内的每一个脉冲数据列均进行FFT便能够实现脉冲间的相参积累，完成对动目标的检测，同时得到目标的运动速度。本发明专利技术可以消除频率捷变给脉冲信号相参性带来的影响，不仅可以检测出运动目标而且可以得到目标的运动速度；同时由于本发明专利技术能够对回波信号进行相参积累，提高了对微弱目标的检测概率。

Moving target detection method for pulse compression agile frequency conversion radar

The invention belongs to the technical field of radar signal processing, and relates to a moving target detection method of pulse compression agile frequency conversion radar. The invention is not directly on the echo signal to the carrier frequency, but the initial carrier frequency of the echo signal removal, storage fast slow time domain echo matrix; then the corresponding waveform according to the remaining structure of each echo pulse of matched filter, each echo pulse of fast slow time domain echo matrix fast time domain are matching filter; each pulse data column of slow fast slow time domain echo time domain matrix matched filter in the FFT are can be realized between the coherent pulse accumulation, to detect the moving target, and velocity of target. The invention can eliminate the influence to the pulse frequency agile signal coherence, can detect moving targets and moving speed of the targets can be obtained; at the same time because of the invention to the echo signal coherent accumulation, improve the detection probability of weak target.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达信号处理
，尤其涉及一种脉冲压缩捷变频雷达的动目标检测方法。
技术介绍
现代战场环境下电子对抗技术日新月异，尤其随着干扰技术的发展，传统体制雷达由于载频固定很容易受到敌方大功率压制，导致其应用受到越来越大的制约。与传统体制雷达不同的是，捷变频雷达(Frequency-AgileRadar,FAR)发射的信号则可以让相邻脉冲或脉冲组间的载频在一定范围内高速随机跳变，是一种非平稳信号。捷变频雷达信号的频率捷变特性决定了其具有提高抗干扰能力、增大探测距离和抑制海浪杂波等优点。一般捷变频雷达的发射信号大多采用频率捷变联合脉冲压缩的形式，这样既可以拥有捷变频信号的优点，又可以在保证雷达距离分辨率的同时兼顾速度分辨率，因此脉冲压缩捷变频雷达在军事和民用领域得到了广泛的应用。捷变频信号可以分为脉间捷变频信号和脉组捷变频信号。脉组捷变频是一种脉冲内的信号载频保持不变，只是在不同的脉组跳变到不同的载频上；而脉间捷变频则是每个脉冲的载频都不相同。对于脉组捷变频信号可以通过对组内的脉冲信号按照传统的信号处理方法，如动目标检测方法(MovingTargetDetecting,MTD)实现对运动目标的检测。但是对于脉间捷变频信号，由于脉冲间的频率发生捷变，回波信号的相参性受到影响，利用传统的MTD已经不能实现对运动目标的检测了。为了利用脉间捷变频信号实现对运动目标的检测，许多学者进行了相应研究并提出了不同的方法。一些学者提出通过构造补偿项来实现积累并检测出动目标，但是通过补偿的方法需要对运动目标的速度进行搜索或者预先估计，运算量较大；另一些学者提出通过设定特定的信号参数来保证信号的相参性从而利用MTD完成动目标检测，但是通过改变发射信号的参数来消除频率捷变对相参的影响会给雷达的设计带来新的要求，提高了设计的复杂度；还有一些学者提出利用捷变频信号帧与帧之间的同频率脉冲进行MTD算法检测动目标，但是这样会带来数据率低和速度模糊等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种脉冲压缩捷变频雷达的动目标检测方法，实现脉间捷变频信号的相参积累，从而完成对动目标的检测。本专利技术可以消除频率捷变给脉冲信号相参性带来的影响，不仅可以检测出运动目标而且可以得到目标的运动速度。同时由于本专利技术能够对回波信号进行相参积累，因此提高了对微弱目标的检测概率。本专利技术的脉冲压缩捷变频雷达为脉冲体制，发射信号形式采用频率捷变联合线性调频(LinearFrequencyModulated,LFM)，即信号载频按照伪随机跳频码序列进行跳变，脉冲调制形式为LFM。为分析方便，不考虑噪声和信号幅度带来的影响。假设脉冲压缩捷变频雷达在一个相关处理时间内发射一串共N个脉冲信号，则发射信号可以表示为：其中，u(t)＝rect(t/Tp)exp(jπγt2)是LFM信号的调制形式，Tp表示脉冲宽带，γ表示调频斜率，Tr表示信号的脉冲重复间隔(PulseRepetitionInterval,PRI)，N表示发射的脉冲个数。fn＝f0+bnfΔ表示发射的第n个脉冲的载频，其中f0表示信号的初始载频，bn表示伪随机跳频码序列，fΔ表示频率跳变的最小间隔。假设在距离雷达R处有一个点目标以恒定径向速度v朝向雷达运动，忽略幅度的衰减则雷达接收到的经目标反射的回波信号可以表示为：其中，τ＝2(R-vnTr)/c表示回波信号相对发射信号的时间延迟，c表示电磁波的传播速度。本专利技术的技术方案为：一种脉冲压缩捷变频雷达的动目标检测方法，该方法包含以下步骤：S1.对脉冲压缩捷变频雷达接收到的回波信号进行带通采样，带宽覆盖频率捷变范围；S2.对步骤S1中经过带通采样后的回波信号进行去初始载频处理，即消除回波信号中的初始载频f0而保留各个脉冲的捷变频率bnfΔ；传统的信号处理过程都是直接对回波信号进行去载频处理，即把频率fn＝f0+bnfΔ全部去除，将回波信号变成基带信号，但是对于捷变频信号来说，这样会破坏回波信号间的相参性，导致MTD算法失效。因此，本专利技术只去除回波信号中的初始载频f0，而保留其捷变频率bnfΔ，保证了回波信号间的相参性，得到的回波信号可以表示为：S3.将步骤S2中去初始载频后的N个回波脉冲依次存入二维数据矩阵的每一行，最后得到快-慢时间域回波矩阵；快-慢时间域回波矩阵中的快时间域(每一行)对应一个回波脉冲的连续采样，即连续的距离单元；快-慢时间域回波矩阵中的慢时间域(每一列)代表对同一距离单元的一连串脉冲测量；S4.对步骤S3中快-慢时间域回波矩阵的快时间域内的每一个向量，即每个回波脉冲进行匹配滤波；每个回波脉冲对应不同的匹配滤波器，它是以步骤S2中去初始载频处理后得到的每个脉冲的波形为参考信号的相关器；因此，每个回波脉冲对应的匹配滤波器的冲击响应函数应由两个部分组成，一部分是与信号的脉冲压缩调制形式u(t)相对应，对各个冲击响应函数而言这个部分是相同的；另一部分则与信号的捷变频率exp(-j2πbnfΔt)相对应，这个部分对各个冲击响应函数而言是不同的；因此，第n个回波脉冲对应的匹配滤波器的冲击响应函数可以表示为：hn(t)＝u*(TM-t)exp[j2πbnfΔ(TM-t)],TM≥Tp(4)其中，TM表示时延，u*(t)表示对u(t)取共轭。对快-慢时间域回波矩阵中的每个回波脉冲均进行匹配滤波，得到的结果可以表示为：其中，D＝γTp2表示LFM信号的时宽带宽积。S5.对步骤S4中的快-慢时间域回波矩阵s(t)慢时间域内的每一个向量，即同一个距离单元内的脉冲数据列，进行快速傅里叶变换(FastFourierTransform,FFT)，实现MTD算法，完成对运动目标回波脉冲的相参积累；经过FFT变换后，快-慢时间域回波矩阵的坐标域变为快时间域和多普勒频率，此时回波矩阵被称为距离-多普勒平面。由于FFT变换实现了回波信号的相参积累，目标回波在距离-多普勒平面会形成一个能量峰值，峰值位置对应目标的初始距离和速度；S6.对步骤S5中的距离-多普勒平面采用恒虚警概率(ConstantFalseAlarmRate,CFAR)检测，判断距离-多普勒平面内是否存在过门限的峰值，若存在过门限的峰值则说明有目标，反之则没有目标，从而完成运动目标的检测。本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术所提出的脉冲压缩捷变频雷达的动目标检测方法，能够利用MTD算法实现对动目标的检测，并得到其运动速度；(2)本专利技术能够实现对回波信号的相参积累，提高了对微弱目标的检测概率；(3)本专利技术不需要对动目标进行速度估计和搜索，简化了信号处理过程；(4)本专利技术不需要对脉冲压缩捷变频雷达的信号参数进行设计和限制，只需改进信号处理的算法部分，具有较好的适用性。附图说明图1是本专利技术方法的实施流程图；图2是本专利技术的一个具体实施例中快-慢时间域回波矩阵的示意图；图3是本专利技术的一个具体实施例中快-慢时间域回波矩阵匹配滤波的示意图；图4是本专利技术的一个具体实施例经过匹配滤波后的快-慢时间域回波矩阵；图5是本专利技术的一个具体实施例中快-慢时间域回波矩阵进行FFT变换的示意图；图6是本专利技术的一个具体实施例中经过FFT变换处理后得到的距离-多普勒平面。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲压缩捷变频雷达的动目标检测方法，该方法针对距离雷达R处以恒定径向速度v朝向雷达运动的点目标，其特征在于，该方法包含以下步骤：S1.对脉冲压缩捷变频雷达接收到的回波信号r(t)进行带通采样，带宽覆盖频率捷变范围：r(t)=Σn=0N-1u(t-nTr-τ)exp[-j2πfn(t-nTr-τ)]---(2)]]>其中，u(t)＝rect(t/Tp)exp(jπγt2)是LFM信号的调制形式，Tp表示脉冲宽带，γ表示调频斜率，Tr表示信号的脉冲重复间隔，N表示发射的脉冲个数，fn＝f0+bnfΔ表示发射的第n个脉冲的载频，其中f0表示信号的初始载频，bn表示伪随机跳频码序列，fΔ表示频率跳变的最小间隔，τ＝2(R‑vnTr)/c表示回波信号相对发射信号的时间延迟，c表示电磁波的传播速度；S2.对步骤S1中经过带通采样后的回波信号进行去初始载频处理，即消除回波信号中的初始载频f0而保留各个脉冲的捷变频率bnfΔ；经过去初始载频处理后得到的回波信号可以表示为：r^(t)=Σn=0N-1u(t-nTr-τ)exp[-j2πbnfΔ(t-nTr-τ)]exp(j2πf0τ);---(3)]]>S3.将步骤S2中去初始载频后的N个回波脉冲依次存入二维数据矩阵的每一行，最后得到快‑慢时间域回波矩阵；快‑慢时间域回波矩阵中的快时间域对应一个回波脉冲的连续采样，即连续的距离单元；快‑慢时间域回波矩阵中的慢时间域代表对同一距离单元的一连串脉冲测量；S4.对步骤S3中快‑慢时间域回波矩阵的快时间域内的每一个向量，即每个回波脉冲进行匹配滤波；每个回波脉冲对应不同的匹配滤波器，它是以步骤S2中去初始载频处理后得到的每个脉冲的波形为参考信号的相关器；每个回波脉冲对应的匹配滤波器的冲击响应函数应由两个部分组成，一部分是与信号的脉冲压缩调制形式u(t)相对应，对各个冲击响应函数而言这个部分是相同的；另一部分则与信号的捷变频率exp(‑j2πbnfΔt)相对应，这个部分对各个冲击响应函数而言是不同的；第n个回波脉冲对应的匹配滤波器的冲击响应函数可以表示为：hn(t)＝u*(TM‑t)exp[j2πbnfΔ(TM‑t)],TM≥Tp  (4)其中，TM表示时延，u*(t)表示对u(t)取共轭；对快‑慢时间域回波矩阵中的每个回波脉冲均进行匹配滤波，得到的结果可以表示为：s(t)=Σn=0N-1Dsin[πγTp(t-nTr-τ)]πγTp(t-nTr-τ)exp[j2πbnfΔ(t-nTr-τ)]exp(-j2πf0τ)=Σn=0N-1Dsic[πγTp(t-nTr-τ)]exp[j2πbnfΔ(t-nTr-τ)]exp(-j2πf0τ)---(5)]]>其中，D＝γTp2表示LFM信号的时宽带宽积；S5.对步骤S4中的快‑慢时间域回波矩阵s(t)慢时间域内的每一个向量，即同一个距离单元内的脉冲数据列，进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)，实现MTD算法，完成对运动目标回波脉冲的相参积累；经过FFT变换后，快‑慢时间域回波矩阵的坐标域变为快时间域和多普勒频率，此时回波矩阵被称为距离‑多普勒平面；由于FFT变换实现了回波信号的相参积累，目标回波在距离‑多普勒平面会形成一个能量峰值，峰值位置对应目标的初始距离和速度；S6.对步骤S5中的距离‑多普勒平面采用恒虚警概率检测，判断距离‑多普勒平面内是否存在过门限的峰值，若存在过门限的峰值则说明有目标，反之则没有目标，从而完成运动目标的检测。...

【技术特征摘要】
1.一种脉冲压缩捷变频雷达的动目标检测方法，该方法针对距离雷达R处以恒定径向速度v朝向雷达运动的点目标，其特征在于，该方法包含以下步骤：S1.对脉冲压缩捷变频雷达接收到的回波信号r(t)进行带通采样，带宽覆盖频率捷变范围：r(t)=Σn=0N-1u(t-nTr-τ)exp[-j2πfn(t-nTr-τ)]---(2)]]>其中，u(t)＝rect(t/Tp)exp(jπγt2)是LFM信号的调制形式，Tp表示脉冲宽带，γ表示调频斜率，Tr表示信号的脉冲重复间隔，N表示发射的脉冲个数，fn＝f0+bnfΔ表示发射的第n个脉冲的载频，其中f0表示信号的初始载频，bn表示伪随机跳频码序列，fΔ表示频率跳变的最小间隔，τ＝2(R-vnTr)/c表示回波信号相对发射信号的时间延迟，c表示电磁波的传播速度；S2.对步骤S1中经过带通采样后的回波信号进行去初始载频处理，即消除回波信号中的初始载频f0而保留各个脉冲的捷变频率bnfΔ；经过去初始载频处理后得到的回波信号可以表示为：r^(t)=Σn=0N-1u(t-nTr-τ)exp[-j2πbnfΔ(t-nTr-τ)]exp(j2πf0τ);---(3)]]>S3.将步骤S2中去初始载频后的N个回波脉冲依次存入二维数据矩阵的每一行，最后得到快-慢时间域回波矩阵；快-慢时间域回波矩阵中的快时间域对应一个回波脉冲的连续采样，即连续的距离单元；快-慢时间域回波矩阵中的慢时间域代表对同一距离单元的一连串脉冲测量；S4.对步骤S3中快-慢时间域回波矩阵的快时间域内的每一个向量，即每个回波脉冲进行匹配滤波；每个回波脉冲对应不同的匹配滤波器，它是以步骤S2中去初始载频处理后得到的每个脉冲的波形为参考信号的相关器；每个回波脉冲对应的匹配滤波器的冲击响应函数应由两个部分组成，一部分是与信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：林财永，鲍庆龙，陈曾平，王丁禾，户盼鹤，田瑞琦，王森，潘圣森，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43