基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法技术

本发明专利技术公开了基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法，解决了GPS作为辐射源场景下，运动目标回波信噪比低和目标参数难估计的技术问题，实现步骤包括：数据采集和预处理；目标检测和恢复目标在各帧的航迹；通过各帧航迹获取目标等效距离，方位角和俯仰角；利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程对目标径向距离估计，进而估计径向速度。本发明专利技术在GPS信号作为辐射源的场景下，根据卫星，目标和雷达的几何关系，构建了基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程，在目标回波信噪比较低情况下，实现了对匀速运动目标到雷达的径向距离和径向速度的有效估计。本发明专利技术对运动目标的参数估计快速准确。用于GPS作为辐射源场景下的雷达匀速运动目标的参数估计。

【技术实现步骤摘要】
基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法
本专利技术涉及雷达
，尤其涉及雷达信号处理，具体来说是一种基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法。用于相控阵雷达接收机对运动目标的参数估计。
技术介绍
随着战场电磁环境的越发复杂，准确的检测和打击敌方目标变得越发困难。雷达运动目标参数的准确估计是准确打击敌方目标的基础。双基地雷达是无源雷达中较为特殊的一种，与传统的单基地雷达相比，其隐蔽能力和抗干扰能力更好，目前已得到了广泛的应用。与传统雷达相比，以GPS为辐射源的双基地雷达具有隐蔽性好，信号的覆盖性好等突出的优点，但同时，其信号功率较低，这会导致目标回波的信噪比偏低，不利于目标的检测和参数的精确估计。近年来，国内外许多学者对以GPS为辐射源的双基地雷达进行了很多研究。一些学者对基于GPS辐射源的雷达目标检测的可行性进行了分析；一些学者针对后向散射目标雷达横截面积较低的问题提出了基于GPS前向散射雷达的运动目标检测算法。但由于GPS信号功率较低，目标回波信噪比偏低，以及GPS作为辐射源场景下目标回波模型与传统雷达目标回波模型差异较大等问题，仍然不能完全准确的进行目标的参数估计。
技术实现思路
本专利技术的目标是针对现有技术的不足和问题，提出一种GPS辐射源场景下能够准确有效估计目标距离和速度的基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法。本专利技术是一种基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法，应用于相控阵雷达接收机，其特征在于，包括有以下步骤：步骤1，数据采集和预处理：获取所述相控阵雷达接收机监视检测区域时得到的p秒雷达回波数据，并对所述P秒雷达回波数据进行采样，数字下变频，去导航，波束形成及自相关匹配解扩等预处理操作得到p秒第一回波数据，所述p秒雷达回波数据进行采样的采样率为fs，所述p秒第一回波数据为一个长度为P×fs的向量，p和fs均为大于1的整数；步骤2，目标检测和恢复目标在各帧中的航迹：将所述P秒第一回波数据，利用基于重叠帧的检测前跟踪算法进行检测，并恢复目标在各帧中的航迹，得到Q帧第二回波数据，所述Q帧第二回波数据的每一帧为N行M1列矩阵，每行表示一个距离单元，Q为第二回波数据的总帧数；步骤3，通过各帧航迹获取目标等效距离，并获取方位角和俯仰角：获取所述Q帧第二回波数据中每一帧目标所在的距离单元，计算其对应的等效距离，并获取Q帧第二回波数据中每一帧目标的方位角和俯仰角，得到Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离[L1,...,Lq,...LQ]以及每一帧目标的方位角[θ1,...,θq,...,θQ]和俯仰角L1表示第1帧第二回波数据中目标的等效距离，Lq表示第q帧第二回波数据中目标的等效距离，LQ表示第Q帧第二回波数据中目标的等效距离，0＜q≤Q,θ1表示第1帧第二回波数据中目标的方位角，θq表示第q帧第二回波数据中目标的方位角，θQ表示第Q帧第二回波数据中目标的方位角，表示第1帧第二回波数据中目标的俯仰角，表示第q帧第二回波数据中目标的俯仰角，表示第Q帧第二回波数据中目标的俯仰角；步骤4，利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计目标径向距离进而估计目标径向速度：根据所述Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离以及每一帧目标的方位角和俯仰角，利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计所述Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离进而估计目标到雷达的径向速度，得到估计的Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离[R1,...,Rq,....,RQ]和目标到雷达的径向速度v，完成对雷达运动目标的参数估计，R1表示估计的第1帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，Rq表示估计的第q帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，RQ表示估计的第Q帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离。与现有技术相比，本专利技术的技术优势：本专利技术通过利用基于重叠帧的目标检测前跟踪算法，目标能量在多普勒频域得到了有效积累，有效的提高了目标的信噪比，进而实现了目标的有效检测并有效的恢复目标在各帧数据中的航迹，有效准确的获取目标航迹为后续准确估计目标参数提供基础；本专利技术根据Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离、方位角和俯仰角，利用本专利技术构建的基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程，使Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离得到了准确的估计，并进而通过各帧径向距离，实现了目标到雷达的径向速度快速准确的估计。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法的流程示意图；图2为卫星、目标、雷达接收机几何关系示意图；图3为本专利技术目标检测过程中对第一回波数据截断和排列的示意图；图4为目标方位角、俯仰角的几何关系示意图；图5为采用本专利技术对不同信噪比条件下的雷达回波处理，目标到雷达径向距离的估计结果；图6为采用本专利技术对不同信噪比条件下的雷达回波处理，目标到雷达径向速度的估计结果。具体实施方式下面结合附图对本专利技术详细说明，实施例1将GPS作为辐射源，进行目标的检测和参数估计，具有隐蔽性好，信号覆盖性好等优点，因此，各国专家也针对不同问题提出了很多该场景下的相关算法。但由于GPS信号功率较低，目标回波信噪比偏低，以及与传统雷达回波模型相比，以GPS作为辐射源场景下目标回波模型更为复杂等问题，现有方法仍然不能完全准确的进行目标的参数估计。本专利技术对此展开了研究，经过不懈的努力和创新，提出一种基于GPS辐射源的雷达运动参数估计方法，应用于相控阵雷达接收机，参见图1，包括有以下步骤：步骤1，数据采集和预处理：获取所述相控阵雷达接收机监视检测区域时得到的p秒雷达回波数据，并对所述P秒雷达回波数据进行采样，数字下变频，去导航，波束形成及自相关匹配解扩等预处理操作得到p秒第一回波数据，所述p秒雷达回波数据进行采样的采样率为fs，所述p秒第一回波数据为一个长度为P×fs的向量，p和fs均为大于1的整数。p秒雷达回波数据的采样率由fs相控阵雷达接收机的设备参数决定。本专利技术中，参数p的选取由目标回波的信噪比决定，当目标回波信噪比偏低时，参数p取值相对较大，反之，目标回波信噪比偏高时，取值相对较小。本例中p取值为5。目标、卫星和雷达接收机的几何关系如图2所示，以雷达接收机所在的位置为原点建立空间直角坐标系，卫星的初始坐标为(ax,ay,az)，目标的初始位置为(bx,by,bz)，卫星到雷达接收机的初始距离为L0。由于GPS发射的目标回波信号能量较低，传输距离较长等原因，很有可能使目标回波淹没在噪声中，不利于目标的检测和参数估计，另外本专利技术以GPS作为辐射源，雷达接收机对目标回波进行无源接收，其目标回波的数学模型与传统收发一体雷达的目标回波模型有着很大差异，目标回波所在的距离单元对应的距离为目标的等效距离而并非实际径向距离，目标回波的多普勒频率对应的多普勒速度为等效速度，并非目标的实际径向速度，目标的实际径向距离和径向速度需要进一步估计。步骤2，目标检测和恢复目标在各帧中的航迹：将所述P秒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法，应用于相控阵雷达接收机，其特征在于，包括有以下步骤：步骤1，数据采集和预处理：获取所述相控阵雷达接收机监视检测区域时得到的p秒雷达回波数据，并对所述P秒雷达回波数据进行采样，数字下变频，去导航，波束形成及自相关匹配解扩等预处理操作得到p秒第一回波数据，所述p秒雷达回波数据进行采样的采样率为fs，所述p秒第一回波数据为一个长度为P×fs的向量，p和fs均为大于1的整数；步骤2，目标检测和恢复目标在各帧中的航迹：将所述P秒第一回波数据，利用基于重叠帧的检测前跟踪算法进行检测，并恢复目标在各帧中的航迹，得到Q帧第二回波数据，所述Q帧第二回波数据的每一帧为N行M1列矩阵，每行表示一个距离单元，Q为第二回波数据的总帧数；步骤3，通过各帧航迹获取目标等效距离，并获取方位角和俯仰角：获取所述Q帧第二回波数据中每一帧目标所在的距离单元，计算其对应的等效距离，并获取Q帧第二回波数据中每一帧目标的方位角和俯仰角，得到Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离[L1,...,Lq,...LQ]以及每一帧目标的方位角[θ1,...,θq,...,θQ]和俯仰角

【技术特征摘要】
1.一种基于GPS辐射源的雷达运动目标参数估计方法，应用于相控阵雷达接收机，其特征在于，包括有以下步骤：步骤1，数据采集和预处理：获取所述相控阵雷达接收机监视检测区域时得到的p秒雷达回波数据，并对所述P秒雷达回波数据进行采样，数字下变频，去导航，波束形成及自相关匹配解扩等预处理操作得到p秒第一回波数据，所述p秒雷达回波数据进行采样的采样率为fs，所述p秒第一回波数据为一个长度为P×fs的向量，p和fs均为大于1的整数；步骤2，目标检测和恢复目标在各帧中的航迹：将所述P秒第一回波数据，利用基于重叠帧的检测前跟踪算法进行检测，并恢复目标在各帧中的航迹，得到Q帧第二回波数据，所述Q帧第二回波数据的每一帧为N行M1列矩阵，每行表示一个距离单元，Q为第二回波数据的总帧数；步骤3，通过各帧航迹获取目标等效距离，并获取方位角和俯仰角：获取所述Q帧第二回波数据中每一帧目标所在的距离单元，计算其对应的等效距离，并获取Q帧第二回波数据中每一帧目标的方位角和俯仰角，得到Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离[L1,...,Lq,...LQ]以及每一帧目标的方位角[θ1,...,θq,...,θQ]和俯仰角L1表示第1帧第二回波数据中目标的等效距离，Lq表示第q帧第二回波数据中目标的等效距离，LQ表示第Q帧第二回波数据中目标的等效距离，0＜q≤Q,θ1表示第1帧第二回波数据中目标的方位角，θq表示第q帧第二回波数据中目标的方位角，θQ表示第Q帧第二回波数据中目标的方位角，表示第1帧第二回波数据中目标的俯仰角，表示第q帧第二回波数据中目标的俯仰角，表示第Q帧第二回波数据中目标的俯仰角；步骤4，利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计目标径向距离进而估计目标径向速度：根据所述Q帧第二回波数据中每一帧目标的等效距离以及每一帧目标的方位角和俯仰角，利用基于GPS辐射源的雷达目标距离估计方程估计所述Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离进而估计目标到雷达的径向速度，得到估计的Q帧第二回波数据中每一帧目标到雷达的径向距离[R1,...,Rq,....,RQ]和目标到雷达的径向速度v，完成对雷达运动目标的参数估计，R1表示估计的第1帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，Rq表示估计的第q帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离，RQ表示估计的第Q帧第二回波数据中目标到雷达的径向距离。2.根据权利要求1所述的基于GPS...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶海红，赵朗旭，时亮，鲍俊竹，曾操，
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