基于局部能量和最大的步进频雷达目标抽取算法制造技术

本发明专利技术公开基于局部能量和最大的步进频雷达目标抽取算法，该算法用于去除步进频信号IFFT距离细化后所表示的距离范围与当前回波采样值所表示的距离范围之间的距离失配冗余，以及过采样冗余。本发明专利技术解决了在经典算法舍弃法和选大法中都需要对第“0”个采样点进行标定，否则很有可能无法采样到目标点的问题。算法中通过循环移位将数据在粗距离采样维上以目标所在的粗距离为基准“对齐”，并在最大值所在的粗分辨距离采样点中，按照局部能量和最大准则确定抽取范围，最后在“对齐”后的矩阵中完成目标抽取。该算法完全根据实测数据确定抽取数据的范围，既不需对第“0”个采样点进行标定，也可以保证抽取范围能够覆盖目标散射点中能量大的若干散射点。

Target Extraction Based on Local Energy and Maximum Step Frequency Radar

【技术实现步骤摘要】
基于局部能量和最大的步进频雷达目标抽取算法
本专利技术属于信号处理
，具体涉及一种新的基于局部能量和最大的步进频雷达目标抽取算法，该算法用于去除步进频信号IFFT距离细化后所表示的距离范围与当前回波采样值所表示的距离范围之间的距离失配冗余，以及过采样冗余。
技术介绍
步进频信号是一种重要的距离高分辨率雷达信号，它采用发射一串载频线性跳变的雷达脉冲，再通过对脉冲回波的IFFT处理来获得合成距离高分辨的效果。步进频信号是合成宽带信号，它将宽带信号在频域分解成多个窄带信号，通过多个窄带信号的收发来获取合成的宽带信息。步进频信号发射和接收的脉冲信号均为窄带信号，并且步进频信号可以在获得高分率的同时降低对数字信号处理机的瞬时带宽的要求，系统易于工程实现。在步进频雷达体制中，目标冗余是一个特殊的问题。因此需要采用目标抽取算法来消除目标冗余。目标冗余是指IFFT细化后的距离范围与当前回波采样值所表示的距离范围不是简单的一一对应关系，有一些多余的信息。要得到真实的距离信息,就必须精确地按照一定的顺序,从所有采样点的IFFT结果中选取某些点,去掉冗余信息，组成完备的一维距离像，这就是步进频雷达的目标抽取算法。对于一个实用的步进频体制距离高分辨雷达系统而言，在处理机中采用目标抽取算法从而获得完备的一维距离像是必须的。冗余分为两种：距离失配冗余和过采样冗余。其中距离失配冗余与单个脉冲距离分辨率rT，单点不模糊距离rI有关，而过采样冗余主要由单个脉冲距离分辨率rT，单个脉冲距离精度rs决定。1.距离失配冗余：发射脉宽τ决定了单脉冲距离分辨率rτ＝Cτ/2，其中C为光速(后同)。而步进频阶梯Δf(后同)决定了单点不模糊距离rI＝C/(2Δf)，其比值为rτ/rI＝τΔf。通常步进频信号需要满足条件：τΔf<1，它表示细化后的距离范围大于当前回波所代表的距离范围，所以细化后的一维距离像会有rI-rτ的区域无效(即冗余)，此时的细化结果包含了全部目标的信息，但是由于距离失配，目标会发生距离走动，造成测距不准，必须通过去冗余算法获得真实的距离。图1是上述情况下3组相邻采样点IFFT后的结果示意图。其中空白区域代表有效清晰区，无框区域代表无效区。由图1可以看出，每组采样点的IFFT结果有rI-rτ的混叠区域，在混叠区内无法判断目标的真实位置。但由于rI>rτ，折叠后的数据不会覆盖到清晰区，所以无混叠现象。但是，如果将图1中的IFFT结果简单续接，仍然无法获得目标的真实距离。必须采用合适的去冗余算法，从每组IFFT结果中精确的提取出一部分，即将图1中的1、2、3、4提取出来续接获得真实的一维距离像。2.过采样冗余：理论上，Ts只要等于发射脉宽，就可以获得全程的一维距离像，在实际系统中，由于回波的展宽和发散，使得采样点没有采到回波的最大值，造成幅度损失。所以通常会使Ts≤τ/3，从而降低采样损失。但提高Ts会使同一个点目标的回波有可能被采样多次，造成同一个目标点多次出现在不同的组的细化结果上，同时，具有多个散射中心的目标回波有可能分布在两个以上的IFFT结果当中，这也需要目标抽取算法来处理。目前，目标抽取算法主要有如下几种方法：1、舍弃法假设采样距离分辨率rs(rs＝CTs/2)，对于每一组IFFT结果来说，它包含‘距离信息’的长度就是rs，所以只要在每组IFFT结果中取出长度为rs的‘信息’并续接起来，就构成了最简单的‘舍弃’目标抽取算法(以下简称舍弃法)。舍弃法原理如图2所示，设共有M个采样点，IFFT后可以得到N个数据，从而得到一个大小为N×M的矩阵。对于其中第m个采样点，(m＝0，1，2，…，M-1)，取出其中第Pm到第Qm点之间的Wm个数据(Pm，Qm＝0，1，2，…，N-1)(图2中的阴影部分)，作为当前采样点的提取点迹，再将每个采样点所取的数据进行拼接，即得到目标的一维距离像。关于Pm和Qm的取值由下式决定：①对于第0个采样点，设P0＝0，则W0＝Trunc(rs/Δr)，Q0＝P0+W0-1。②对于第m个采样点(m＝1，2，…，M-1)，有Pm＝(Qm-1+1)ModNQm＝(Pm+Wm-1)ModN其中Trunc——截断运算；Mod——取余运算；Δr＝C/(2NΔf)为雷达的最小分辨距离单元。式(1)说明了舍弃法的策略，运算简单是舍弃法的最大优点。由式(1)中的序号明显看出，舍弃法是将当前IFFT结果有效区的最开始部分作为‘距离信息’保留下来，这时目标刚刚进入当前采样点，通常幅度较小，降低了提取后的信噪比，这是舍弃法最主要的缺点。适当地调整P0可以缓解这一问题，但根本的解决方法是采用其它目标抽取算法。2、选大法选大法对每个采样点只取出与脉宽τ相对应的长度，并与相邻的采样点提取的结果进行同距离比较，取出幅度较大的点作为提取结果。依照式(1)确定第m个采样点IFFT结果的提取起始点Pm，但是提取的数据个数不为Wm，而是由(2)式确定显然，在每个采样点提取结果的末尾部分都有一段数据和下一个采样点提取结果开始部分的一段数据是重合的，如图3所示，阴影部分为每个采样点选取的数据，可见相邻的两个采样点之间有重合部分，重合的点数为Xm-Wm。对于重合部分的数据，取出幅度较大的作为输出。选大法在静目标条件下，可以很好地得到目标抽取结果，能获得最大值，且不会有伪峰。但是计算量较大，且在有距离走动时会出现伪峰。3、累加法对于每一个采样点的数据抽取原则同选大法，但是对于相邻采样点的冗余数据不采用选大而是进行同距离累加取平均。在静目标条件下，可以很好地得到目标抽取结果，并能够提高部分信噪比，且不会有伪峰。缺点是计算量较大，且在有距离走动时会出现伪峰，而且相加后的物理意义不太明确。
技术实现思路
要解决的技术问题根据图2和图3可以看出，舍弃法和选大法都需要对第“0”个采样点做出标定，否则可能出现这种情况：即目标所在的粗距离采样点上所抽取的细距离部分，即图中的阴影部分，没有覆盖到目标的细距离采样点，如图4中所示，黑色五星表示目标的位置，且这种情况出现的概率较大，而选大法抽取到目标点的概率相比于舍弃法来说，只是将抽取到目标点的概率有所提高，并无法真正解决抽取不到目标点的问题。基于以上的问题，本专利技术提出一种基于局部能量和最大的目标抽取算法。技术方案一种基于局部能量和最大的步进频雷达目标抽取算法，其特征在于步骤如下：步骤1：得到所有回波采样点IFFT结果，设为矩阵A，大小为M×N；步骤2：根据系统参数确定每个粗采样点取值长度，即每个粗采样点细化为几个细距离采样点，公式如下：其中，Trunc为截断运算，rs为采样距离分辨率，Δr为雷达的最小分辨距离单元，且有：rs＝C/(2fs)，Δr＝C/(2MΔf)；其中，C为光速，Δf为步进频阶梯；步骤3：用比较法找到矩阵A中的最大值，标定其所在的粗采样点为K，细距离分辨单元为L，即最大值在矩阵的第K列，第L行；步骤4：以第“K”个粗采样点为基准，将所有粗距离采样点进行循环移位，其中对于第1：K-1列的数据进行向下循环移位，对于第K+1：N列的数据进行向上循环移位，第K列不变，循环移位后的矩阵记作B，B的大小仍为M×N；即对矩阵A中的数据在列内进行循环移位，循环移位按照如下公式进行：B(i,n)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于局部能量和最大的步进频雷达目标抽取算法，其特征在于步骤如下：步骤1：得到所有回波采样点IFFT结果，设为矩阵A，大小为M×N；步骤2：根据系统参数确定每个粗采样点取值长度，即每个粗采样点细化为几个细距离采样点，公式如下：

【技术特征摘要】
1.一种基于局部能量和最大的步进频雷达目标抽取算法，其特征在于步骤如下：步骤1：得到所有回波采样点IFFT结果，设为矩阵A，大小为M×N；步骤2：根据系统参数确定每个粗采样点取值长度，即每个粗采样点细化为几个细距离采样点，公式如下：其中，Trunc为截断运算，rs为采样距离分辨率，Δr为雷达的最小分辨距离单元，且有：rs＝C/(2fs)，Δr＝C/(2MΔf)；其中，C为光速，Δf为步进频阶梯；步骤3：用比较法找到矩阵A中的最大值，标定其所在的粗采样点为K，细距离分辨单元为L，即最大值在矩阵的第K列，第L行；步骤4：以第“K”个粗采样点为基准，将所有粗距离采样点进行循环移位，其中对于第1：K-1列的数据进行向下循环移位，对于第K+1：N列的数据进行向上循环移位，第K列不变，循环移位后的矩阵记作B，B的大小仍为M×N；即对矩阵A中的数据在列内进行循环移位，循环移位按照如下公式进...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴巧娜，郭鹏程，邱林茂，张江华，倪宁，张楠，
申请(专利权)人：西安电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61