基于线性调频连续波的雷达目标长时间积累检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于线性调频连续波的雷达目标长时间积累检测方法，首先根据待搜索目标的运动模型确定待搜索空间；发射线性调频连续波信号，对接收的雷达目标回波进行去调频处理，获得去调频后的目标回波；对去调频后的目标回波，沿快时间维度做FFT变换，得到慢时间‑快时间频域的回波信号；对于该回波信号，针对待搜索空间中的每一个机动参数矢量，进行相参积累，获得评估值；利用这些评估值进行门限判决。本发明专利技术通过长时间相参积累，能够在发射机功率有限的条件下，有效提高目标积累后的信噪比，进而提高目标的检测性能。

Long time accumulation detection method of radar target based on linear frequency modulation continuous wave

The invention discloses a method of LFM radar target accumulation detection based on long time continuous wave, according to the motion model of the target to be searched to determine the search space; transmitting LFMCW signal, the radar target echo receiving the dechirp, won the target echo to FM after target echo on the go; FM after the FFT transform along the time dimension, get the echo signal of slow time fast time frequency domain; the echo signal, according to search each maneuver parameters in vector space. For coherent integration, obtain the evaluation value; value assessment using the threshold decision. Through long time coherent accumulation, the invention can effectively improve the signal-to-noise ratio of the target after the power of the transmitter is limited, and further improve the detection performance of the target.

【技术实现步骤摘要】
基于线性调频连续波的雷达目标长时间积累检测方法
本专利技术涉及雷达信号处理
，具体涉及一种基于线性调频连续波的雷达目标长时间积累检测方法。
技术介绍
调频连续波(FMCW)是目前探测雷达采用的一种主流技术方法。它是通过对连续发射的信号进行频率调制，从获得回波信号的相位差中提取距离及目标物性等信息的雷达体制，将传统脉冲时域反射雷达的宽带时域观测改变为窄带频域观测，提供了丰富而稳定的时间、幅度、频率、相位、极化等信息，具备了超强的抗干扰能力；将瞬态大功率观测变化为分频点相对小功率发射，提高了雷达远距离高分辨探测的能力。调频方法是其区别于脉冲时域雷达的关键，也是其技术方法进步的基点。目前发展了多种调频方式，主要有线性调制和正弦调制。其中线性调频方式已经衍生出多种方法，通过快速傅里叶变换(FFT)处理使得其能够对较大范围的阵列扫描得到较准确的距离信息和物性。因此，线性调频连续波(LFMCW)雷达已成为调频连续波雷达技术发展的主流。空气介质中的线性调频连续波(LFMCW)雷达有着低发射功率、高接收灵敏度、高距离分辨率和结构简单等突出技术特点，不存在距离盲区，具有比脉冲雷达更强的目标辨别、抗背景杂波及抗干扰等能力，近年来在军事和民用方面都得到了较快的发展。在实际应用中的主要技术优势在于：(1)设备小型化。LFMCW最大优点是其在一定作用距离内的发射功率相对较小，且信号调制很容易在小型的固态发射机中实现；(2)成像快速。通过集成FFT的数字信号处理器对频率信息进行处理，可实时完成从LFMCW系统中提取距离信息；(3)抗干扰强。LFMCW的信号频带较窄，可以通过变化工作频带防止被空间中其他的电磁波干扰。然而，目前的LFMCW雷达目标探测算法均以单脉冲信号去调频处理为基础，通过单脉冲回波信号与发射信号之间的频率差来检测目标，进而获得目标的距离和速度等信息。然而，上述方法的性能主要依赖于回波信号的信噪比。当信噪比较低时，湮没在噪声中的信号经过去调频处理后将难以被检测到，目标信息的获取更无从谈起。因此，在低信噪比条件下，如何考虑目标在多个脉冲之间的变化规律，将目标在多脉冲间的能量有效的积累起来，提高目标回波的信噪比，进而提高目标的检测概率，获得目标的精确物理参数，是现在LFMCW雷达信号处理的一大难题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于线性调频连续波的雷达目标长时间积累检测方法，该方法通过长时间相参积累，能够在发射机功率有限的条件下，有效提高目标积累后的信噪比，进而提高目标的检测性能。得益于相参积累的高信噪比和高分辨率，本专利技术能够进一步精确估计目标的运动参数，提供目标的实时距离和速度等信息。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：一种基于线性调频连续波的雷达目标长时间积累检测方法，包括如下步骤：步骤1、根据待搜索目标的运动模型确定待搜索空间；该待搜索空间包括L个待搜索的机动参数矢量αi,i＝1,2,…,L；步骤2、发射线性调频连续波信号，对接收的雷达目标回波进行去调频处理，获得去调频后的目标回波；步骤3、对去调频后的目标回波，沿快时间维度做FFT变换，得到慢时间-快时间频域的回波信号；步骤4、对于步骤3得到的慢时间-快时间频域回波信号，针对每一个机动参数矢量αi，进行相参积累，获得评估值G(αi)；遍历搜索步骤1所确定的待搜索空间中所有的机动参数矢量，获得每一个机动参数矢量αi的评估值G(αi)，i＝1,2,…,L；步骤5、利用步骤4获得的机动参数矢量评估值G(αi)进行门限判决，实现目标检测。优选地，机动参数矢量由两个运动相关的参数组成，αi＝[a0,i,a1,i]，其中a0,i是目标的距离，a1,i是目标的速度。优选地，步骤4所述的相参积累为：针对每一个待搜索的机动参数矢量αi，以沿机动参数矢量αi对应的目标回波运动轨迹C(f；αi)作为积分路径，对快时间频域-慢时间频域回波信号进行相位补偿后积分，进而获得积累值G(αi)；相位补偿函数为目标回波运动轨迹C(f；αi)：其中，fc为发射信号载频，r(t)为目标在t时刻的瞬时距离，f是快时间对应的频域，t为慢时间，γ为调频率，c为光速。优选地，所述步骤5为：步骤51：根据雷达系统参数，确定待搜索的机动参数矢量空间分辨率Δα；步骤52：针对每一个机动参数矢量αi，以Δα为间隔，选取R个点，R为正整数；对这R个点利用相参积累函数计算G(αr)，r＝1,2,…,R，然后取平均，将均值作为噪声平均功率Pave(αi)；步骤53：根据噪声平均功率Pave(αi)得到机动参数矢量αi的检测门限κ(αi)：κ(αi)＝ξ·Pave(αi)，其中，ξ由虚警率和噪声的统计特性确定；步骤54：将G(αi)与检测门限κ(αi)进行比较，得到目标检测结果。优选地，机动参数矢量αi周围的R个点选取为αi±kΔα,优选地，在步骤5之后，该方法进一步包括根据目标检测结果估计目标的真实运动参数。优选地，在步骤5之后，该方法进一步包括记录过门限的G(αp)，p＝1,2,…,Q，Q为过门限的数据总量；则令G(αp)最大的机动参数矢量即为目标真实运动参数的估计值。有益效果：(1)本专利技术针对机动目标运动的通用参数化模型，采用线性调频连续波(LFMCW)信号对目标进行长时间积累检测，且长时间相参积累方法，不同于传统的非相参积累策略，采用的是相参积累，即对目标的包络走动和相位起伏进行联合补偿，从而能够在发射机功率有限的条件下，有效地将积累时间的增加转化为目标检测概率的提高，大大提高了雷达的探测性能。(2)同时，在相参积累提供的高信噪比和高分辨率条件下，本专利技术可以利用目标检测结果进一步精确估计目标的各阶运动参数，能够实时给出目标的距离、方位等信息。附图说明图1为本专利技术流程图。图2为本专利技术的长时间相参积累结果示意图。图3为相参积累与非相参积累性能曲线对比图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供的基于线性调频连续波的雷达目标长时间积累检测方法，首先对机动目标进行参数化建模，再对目标回波进行去调频(Dechirp)变换。而后将回波信号变换到慢时间-快时间频域维，对目标回波的包络走动和相位起伏进行联合补偿，实现目标回波的长时间相参积累。通过长时间相参积累，显著的提高了目标的信噪比，有效地将积累时间的增长转化为检测概率的提高，并可以进一步精确估计出目标的运动参数。本专利技术的设计思路是：由于在低信噪比条件下，Dechirp的性能会大大损失，故此时单脉冲Dechirp处理后将无法对目标进行检测，更不能进一步估计目标的相关物理参数。但是我们注意到，此时目标的信息仍然存在，只是由于信噪比太低无法提取，故想到了多脉冲的相参积累。通过多脉冲的相参积累，目标的信噪比会显著提高，这样就可以在积累后的高信噪比条件下对目标进行检测和估计。但是多脉冲积累过程中，由于目标在运动且每个脉冲对应的时刻不同，故每个脉冲中和目标参数有关的信息都在发生变化，如下文步骤3中的相位包含了目标的参数信息a0和a1，但是由于是随着时间t变化的，故每个脉冲中的相位值都不一样。因此，本专利技术需要考虑目标在多个脉冲之间的变化规律，将目标在多脉冲间的能量有效的积累起来，为此设计了与参数信息a0和a1相关的相参积累函数，包络本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线性调频连续波的雷达目标长时间积累检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、根据待搜索目标的运动模型确定待搜索空间；该待搜索空间包括L个待搜索的机动参数矢量α

【技术特征摘要】
1.一种基于线性调频连续波的雷达目标长时间积累检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、根据待搜索目标的运动模型确定待搜索空间；该待搜索空间包括L个待搜索的机动参数矢量αi,i＝1,2,…,L；步骤2、发射线性调频连续波信号，对接收的雷达目标回波进行去调频处理，获得去调频后的目标回波；步骤3、对去调频后的目标回波，沿快时间维度做FFT变换，得到慢时间-快时间频域的回波信号；步骤4、对于步骤3得到的慢时间-快时间频域回波信号，针对每一个机动参数矢量αi，进行相参积累，获得评估值G(αi)；遍历搜索步骤1所确定的待搜索空间中所有的机动参数矢量，获得每一个机动参数矢量αi的评估值G(αi)，i＝1,2,…,L；步骤5、利用步骤4获得的机动参数矢量评估值G(αi)进行门限判决，实现目标检测。2.如权利要求1所述的基于线性调频连续波的雷达目标长时间积累检测方法，其特征在于，机动参数矢量由两个运动相关的参数组成，αi＝[a0,i,a1,i]，其中a0,i是目标的距离，a1,i是目标的速度。3.如权利要求2所述的基于线性调频连续波的雷达目标长时间积累检测方法，其特征在于，步骤4所述的相参积累为：针对每一个待搜索的机动参数矢量αi，以沿机动参数矢量αi对应的目标回波运动轨迹C(f；αi)作为积分路径，对快时间频域-慢时间频域回波信号进行相位补偿后积分，进而获得积累值G(αi)；相位补偿函数为目标回波运动轨迹C(f；α...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙希，
申请(专利权)人：武汉雷博合创电子技术有限公司，中公智联北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42