一种雷达多普勒波束锐化的优化方法技术

本发明专利技术公开了一种雷达多普勒波束锐化的优化方法，其主要思路为：确定雷达，雷达在其检测范围内发射脉冲，且雷达检测范围内存在若干个目标，然后确定脉冲重复频率PRF；设定多普勒波束锐化作用阶段雷达对存在所有目标的区域进行扫描的方位角扫描范围，并根据所述方位角扫描范围计算得到Z帧子图，计算脉冲压缩处理后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc[N,M]；对Srpc[N,M]依次进行高度杂波处理、多普勒中心频率估计、距离走动校正处理、扫描角中心补偿、多普勒滤波处理、几何形变校正处理和多普勒波束锐化处理，得到第z帧子图在距离时域、方位频域对应的多普勒波束锐化子图像数据；令z加分别取1至Z，进而得到雷达成像的多普勒波束锐化图像矩阵。

【技术实现步骤摘要】
一种雷达多普勒波束锐化的优化方法
本专利技术属于数字信号处理
，特别涉及一种雷达多普勒波束锐化的优化方法，是一种基于成像波束宽、作用距离远的弹载多普勒波束锐化(DBS)方法，适用于弹载雷达对海/地面场景的多目标分辨实时成像。
技术介绍
随着科学技术的不断进步发展，现代电子化、信息化战争对于现代雷达提出越来越高的要求，高速、高分辨力和高命中精度已成为精确制导的导弹武器系统发展方向，多普勒波束锐化(DBS)因具有全天候、全天时工作等特点，已成为众多精确制导探测技术中常用的一种方式。多普勒波束锐化(DBS)是一种能实时提供大面积的中等分辨率海面图像或地面图像的成像技术，因该技术具有运算负荷较低、实时性较强、成像视角范围较宽的优势，所以无论在军事还是在民用上都有非常重要的作用。目前提出的多普勒波束锐化(DBS)方法主要有：杨波在“机载雷达多普勒波束锐化算法改进，现代雷达，2008,30(11)：53-55”提出用改进的频率响应(FR)滤波取代快速傅里叶变换(FFT)形式进行多普勒波束锐化方法，然而此方法要求系统分阶段调整脉冲重复频率和相干积累脉冲个数，对雷达收发系统和信号实时处理的要求比较高，在弹载平台上工程实现比较困难。张辉等人在“DBS成像技术在毫米波雷达导引头中的应用，火控雷达技术，2014,43(2)：30-34”中提出基于SPECAN算法的DBS方法，此方法通过脉冲压缩得到一维距离向图，再通过方位向距离走动校正和FFT处理得到距离多普勒二维DBS图像；然而此方法却只适用于作用距离近的情况。现代弹载雷达多普勒波束锐化(DBS)要求雷达能在作用距离远、成像波束宽的情况下为系统提供质量较好的图像，而以上两种方法都不能满足此要求；此外，以上两种方法在设计系统参数脉冲重复频率时，都只考虑了多普勒波束锐化(DBS)全程不模糊的情况，也都避开了距离模糊和高度杂波的影响，所以都没有去除高度杂波的操作；因此在成像波束宽的条件下，以上两种方法产生的多普勒波束锐化(DBS)作用距离都很近，现阶段实用性都不大，且都对系统硬件平台要求高，工程上也都难以实现。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提出一种弹载雷达多普勒波束锐化方法，该种雷达多普勒波束锐化方法针对现有方法DBS作用距离近、应用范围小的不足，在保证雷达成像质量的情况下，以成像波束宽、作用距离远为应用背景，调整参数设计方式，扩大应用范围，能够满足实际应用中对雷达作用距离和实时性的要求。本专利技术的主要思路：根据雷达固有参数和技术要求，设计合理的DBS脉冲重复频率和脉冲积累时间；鉴于参数设计阶段无法在时域上消除高度杂波，利用重频不变快速傅里叶变换(FFT)法在信号处理阶段消除高度杂波；最后对雷达成像场景进行DBS成像。为达到上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种雷达多普勒波束锐化的优化方法，包括以下步骤：步骤1，确定雷达，雷达采样频率为Fs，雷达在其检测区域内发射脉冲，且雷达检测区域内存在若干个目标，然后确定脉冲重复频率PRF；设定雷达对其检测区域进行扫描的方位角扫描范围，并根据所述方位角扫描范围计算得到Z帧子图，Z为大于0的正整数；初始化：令z∈{1,2,…,Z}，Z为子图总帧数，z的初始值为1；分别确定方位向采样点数N和距离向采样点数M，且每一帧子图分别包含N个脉冲；M、N分别为大于0的正整数；每帧子图的方位维表示该帧子图的方位单元，每帧子图的距离维表示该帧子图的距离单元；；步骤2，对第z帧子图通过雷达采样频率为Fs、距离向采样点数为M的采样后，得到第z帧子图包含M个距离单元、N个方位单元的N×M维回波信号矩阵Sr[N,M]，然后对所述N×M维回波信号矩阵Sr[N,M]进行脉冲压缩处理，得到脉冲压缩处理后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc[N,M]；其中，N表示方位向采样点数，与第z帧子图的方位单元总个数取值相等且一一对应；M表示距离向采样点数，与第z帧子图的距离单元总个数取值相等且一一对应；步骤3，对脉冲压缩处理后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc[N,M]进行高度杂波处理，得到去除高度杂波后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc2[N,M]；步骤4，对去除高度杂波后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc2[N,M]进行多普勒中心频率估计，得到第z帧子图无模糊的精确多普勒中心频率步骤5，根据第z帧子图无模糊的精确多普勒中心频率对去除高度杂波后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc2[N,M]进行距离走动校正处理，得到距离走动校正处理后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc3[N,M]；步骤6，对距离走动校正处理后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc3[N,M]进行扫描角中心补偿，得到扫描角中心补偿后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc4[N,M]；步骤7，对扫描角中心补偿后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc4[N,M]进行多普勒滤波处理，得到多普勒滤波处理后第z帧子图的距离时域、方位频域的N×M维回波信号矩阵Srpc5[N,M]；步骤8，对多普勒滤波处理后第z帧子图的距离时域、方位频域的N×M维回波信号矩阵Srpc5[N,M]进行几何形变校正处理，得到几何形变校正处理后第z帧子图的距离时域、方位频域的N×M维回波信号矩阵Srpc6[N,M]；步骤9，对几何形变校正处理后第z帧子图的距离时域、方位频域的N×M维回波信号矩阵Srpc6[N,M]进行多普勒波束锐化处理，得到多普勒波束锐化处理后第z帧子图的距离时域、方位频域的结果数据矩阵Srz[Na',M]，记为第z帧子图在距离时域、方位频域对应的多普勒波束锐化子图像数据；Na'为方位向的插值频点个数，且Na'为自然数；步骤10，令z加1，依次重复执行步骤2至步骤9，直到得到第Z帧子图在距离时域、方位频域对应的多普勒波束锐化子图像数据，并将此时得到的第1帧子图在距离时域、方位频域对应的多普勒波束锐化子图像数据至第Z帧子图在距离时域、方位频域对应的多普勒波束锐化子图像数据分别沿着方位维依次拼接起来，进而得到雷达成像的多普勒波束锐化图像矩阵。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一，本专利技术无需严格的硬件要求，在放宽参数设计的要求(高度杂波对参数设计的限制)的情况下，保证测绘条带不模糊，简单的做距离解模糊操作，加长了雷达的作用距离。第二，本专利技术相较于传统的多普勒波束锐化(DBS)算法，可以消除因放宽参数设计的限制条件而引入的高度杂波，扩展了多普勒波束锐化(DBS)的应用范围。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术的一种雷达多普勒波束锐化的优化方法流程图；图2是本专利技术的多普勒波束锐化(DBS)观测几何图；图3是本专利技术中的雷达发射脉冲和接收回波信号的时序约束图；图4是本专利技术设计的脉冲重复频率斑马图；图5是本专利技术在MATLAB仿真成像结果示意图。具体实施方式参照图1，为本专利技术的一种雷达多普勒波束锐化的优化方法流程图；其中所述雷达多普勒波束锐化的优化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雷达多普勒波束锐化的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定雷达，雷达采样频率为Fs，雷达在其检测区域内发射脉冲，且雷达检测区域内存在若干个目标，然后确定脉冲重复频率PRF；设定雷达对其检测区域进行扫描的方位角扫描范围，并根据所述方位角扫描范围计算得到Z帧子图，Z为大于0的正整数；初始化：令z∈{1,2,…,Z}，Z为子图总帧数，z的初始值为1；分别确定方位向采样点数N和距离向采样点数M，且每一帧子图分别包含N个脉冲；M、N分别为大于0的正整数；每帧子图分别包括距离维和方位维，每帧子图的方位维表示该帧子图的方位单元，每帧子图的距离维表示该帧子图的距离单元；步骤2，对第z帧子图通过雷达采样频率为Fs、距离向采样点数为M的采样后，得到第z帧子图包含M个距离单元、N个方位单元的N×M维回波信号矩阵Sr[N,M]，然后对所述N×M维回波信号矩阵Sr[N,M]进行脉冲压缩处理，得到脉冲压缩处理后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc[N,M]；其中，N表示方位向采样点数，与第z帧子图的方位单元总个数取值相等且一一对应；M表示距离向采样点数，与第z帧子图的距离单元总个数取值相等且一一对应；步骤3，对脉冲压缩处理后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc[N,M]进行高度杂波处理，得到去除高度杂波后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc2[N,M]；步骤4，对去除高度杂波后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc2[N,M]进行多普勒中心频率估计，得到第z帧子图无模糊的精确多普勒中心频率...

【技术特征摘要】
1.一种雷达多普勒波束锐化的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定雷达，雷达采样频率为Fs，雷达在其检测区域内发射脉冲，且雷达检测区域内存在若干个目标，然后确定脉冲重复频率PRF；设定雷达对其检测区域进行扫描的方位角扫描范围，并根据所述方位角扫描范围计算得到Z帧子图，Z为大于0的正整数；初始化：令z∈{1,2,…,Z}，Z为子图总帧数，z的初始值为1；分别确定方位向采样点数N和距离向采样点数M，且每一帧子图分别包含N个脉冲；M、N分别为大于0的正整数；每帧子图分别包括距离维和方位维，每帧子图的方位维表示该帧子图的方位单元，每帧子图的距离维表示该帧子图的距离单元；步骤2，对第z帧子图通过雷达采样频率为Fs、距离向采样点数为M的采样后，得到第z帧子图包含M个距离单元、N个方位单元的N×M维回波信号矩阵Sr[N,M]，然后对所述N×M维回波信号矩阵Sr[N,M]进行脉冲压缩处理，得到脉冲压缩处理后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc[N,M]；其中，N表示方位向采样点数，与第z帧子图的方位单元总个数取值相等且一一对应；M表示距离向采样点数，与第z帧子图的距离单元总个数取值相等且一一对应；步骤3，对脉冲压缩处理后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc[N,M]进行高度杂波处理，得到去除高度杂波后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc2[N,M]；步骤4，对去除高度杂波后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc2[N,M]进行多普勒中心频率估计，得到第z帧子图无模糊的精确多普勒中心频率步骤5，根据第z帧子图无模糊的精确多普勒中心频率对去除高度杂波后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc2[N,M]进行距离走动校正处理，得到距离走动校正处理后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc3[N,M]；步骤6，对距离走动校正处理后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc3[N,M]进行扫描角中心补偿，得到扫描角中心补偿后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc4[N,M]；步骤7，对扫描角中心补偿后第z帧子图的距离时域、方位时域的N×M维回波信号矩阵Srpc4[N,M]进行多普勒滤波处理，得到多普勒滤波处理后第z帧子图的距离时域、方位频域的N×M维回波信号矩阵Srpc5[N,M]；步骤8，对多普勒滤波处理后第z帧子图的距离时域、方位频域的N×M维回波信号矩阵Srpc5[N,M]进行几何形变校正处理，得到几何形变校正处理后第z帧子图的距离时域、方位频域的N×M维回波信号矩阵Srpc6[N,M]；步骤9，对几何形变校正处理后第z帧子图的距离时域、方位频域的N×M维回波信号矩阵Srpc6[N,M]进行多普勒波束锐化处理，得到多普勒波束锐化处理后第z帧子图的距离时域、方位频域的结果数据矩阵Srz[Na',M]，记为第z帧子图在距离时域、方位频域对应的多普勒波束锐化子图像数据；Na'为方位向的插值频点个数，且Na'为自然数；步骤10，令z加1，依次重复执行步骤2至步骤9，直到得到第Z帧子图在距离时域、方位频域对应的多普勒波束锐化子图像数据，并将此时得到的第1帧子图在距离时域、方位频域对应的多普勒波束锐化子图像数据至第Z帧子图在距离时域、方位频域对应的多普勒波束锐化子图像数据分别沿着方位维依次拼接起来，进而得到雷达成像的多普勒波束锐化图像矩阵。2.如权利要求1所述的一种雷达多普勒波束锐化的优化方法，其特征在于，在步骤1中，所述雷达，还包括：雷达所在平台为Q，雷达所在平台Q在地面的投影为O，以雷达所在平台Q在地面的投影O为原点建立三维坐标系XOYZ，三维坐标系XOYZ中的XOY平面为地平面或海平面，且XOY平面内包含若干个目标；雷达所在平台Q以飞行高度H、速度v沿着Y轴匀速直线飞行；雷达包含T个天线，T为大于0的正整...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峥，宋小圆，冉磊，李焘，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61