基于北斗卫星辐射源的海面运动目标检测与定位方法技术

本发明专利技术公开一种基于北斗卫星辐射源的海面运动目标检测与定位方法，应用于雷达运动目标检测领域，针对现有技术存在的以北斗卫星作为外辐射源目标回波信噪比低的问题；本发明专利技术首先对接收到的来自不同北斗卫星的目标回波均采用对称Keystone变换，得到距离徙动校正结果；然后对各距离徙动校正后的回波信号采用分帧处理和去斜‑FFT，得到各回波信号的积累结果；其次将各回波的积累结果根据差分双基距离反向投影到本地坐标系，得到多个回波的积累结果，实现了多颗北斗卫星为辐射源时，不同北斗卫星得到的目标回波信号能量的有效积累；最后根据步骤S3的多个回波的积累结果，对目标进行检测与定位。

Detection and Location of Sea Moving Targets Based on Beidou Satellite Radiator

【技术实现步骤摘要】
基于北斗卫星辐射源的海面运动目标检测与定位方法
本专利技术属于雷达运动目标检测领域，特别涉及一种基于卫星辐射源的被动雷达运动目标检测与定位技术。
技术介绍
被动雷达是一种特殊的双(多)基地无源雷达系统。与传统的雷达不同，被动雷达本身不发射电磁信号，而是利用目标辐射的电磁波来进行目标探测。由于被动雷达本身不发射电磁波，故其具有强隐蔽性；同时，可以减小体积，降低成本。近年来，随着被动雷达照射源的信号种类及数量的增加，被动雷达的研究也日益增加。现有的被动雷达大部分是以地面信号作为信号源，但由于其只能覆盖陆地区域，而不能完全覆盖海洋区域，并不适用于海面大范围监测。针对此问题，可以选择北斗卫星信号作为辐射源。北斗卫星信号作为辐射源，有着其他空间电磁信号无法比拟的优点：⑴卫星信号可覆盖海面；⑵抗干扰性强；⑶卫星信号特征已知，便于目标检测；⑷北斗卫星是我国自主研发的，使用北斗卫星信号安全性强。因此利用北斗卫星信号对海面进行监测是一个可行的发展方向。由于北斗卫星发射信号的功率较低，且距离地面极远，使得北斗卫星信号到达地球表面时功率密度低，从而使接收到的海面运动目标回波信号信噪比极低，为海面运动目标的检测带来困难。为了提高海面运动目标回波信号的信噪比，文献“Multi-framefractionalFouriertransformtechniqueformovingtargetdetectionwithspace-basedpassiveradar.IetRadarSonar&Navigation,2017,11(5):822-828.”提出了一种长观测时间下对目标回波信号进行能量积累的方法，该方法先对距离压缩后的回波信号进行一阶Keystone变换，实现了距离徙动校正；然后将距离徙动校正后的数据分为多帧，对每一帧数据采用FrFT，实现对运动目标能量的相干积累；最后多帧数据间进行频率对准和非相干积累，使信号能量高度积累到多普勒质心-多普勒调频率(DC-DFR)域。但是此方法采用的一阶Keystone变换只能消除一阶距离走动，而二阶距离弯曲仍存在，无法精确实现距离徙动校正。同时，此方法还存在着计算量大，过程繁琐的缺点。此外，此方法仅研究了单颗卫星作为辐射源的情况，无法实现海面运动目标的定位。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于北斗卫星辐射源的被动雷达海面运动目标检测与定位方法，能有效地实现以多颗北斗卫星为辐射源的海面运动目标的检测和定位。本专利技术采用的技术方案为：一种基于北斗卫星辐射源的被动雷达海面运动目标检测与定位方法，包括：S1、对接收到的来自不同北斗卫星的目标回波均采用对称Keystone变换，得到距离徙动校正结果；S2、对各距离徙动校正后的回波信号采用分帧处理和去斜-FFT，得到各回波信号的积累结果；S3、将各回波的积累结果根据差分双基距离反向投影到本地坐标系，并在本地坐标系下对各回波的积累结果进行非相干积累；S4、根据步骤S3的多个回波的非相干积累结果，对目标进行检测与定位。进一步地，步骤S1包括：S11、系统参数初始化，所述初始化的参数包括：距离向采样频率，目标观测时间，等效信号脉冲重复时间；S12、采用多颗北斗卫星作为辐射源，用两天线分别对直达波和目标回波进行录取并解调；S13、对得到各北斗卫星作为辐射源对应的直达波和目标回波进行相关处理，得到各北斗卫星作为辐射源对应的目标回波的距离向脉冲压缩后的结果；S14、对各目标回波的距离向脉冲压缩后的结果进行对称Keystone变换，得到各目标回波对应的距离徙动校正结果。更进一步地，步骤S14包括以下分步骤：A1、对各目标回波对应的距离徙动校正结果进行距离向快速傅里叶变换，得到各目标回波对应的距离频域-方位时域信号；A2、对各目标回波对应的距离频域-方位时域信号进行正的二阶Keystone变换；A3、对各目标回波对应的距离频域-方位时域信号进行负的二阶Keystone变换；A4、对各目标回波对应的步骤A2得到的结果与步骤A3得到的结果进行相乘；A5、对各目标回波对应的步骤A4得到的相乘结果进行距离向快速傅里叶逆变换，从而得到各目标回波对应的距离徙动校正结果。进一步地，步骤S2包括：S21、对某个目标回波对应的距离徙动校正结果取同一距离门信号，得到其对应的方位信号；S22、对该方位信号进行统一的去斜处理并分为多帧；S23、对去斜后的方位信号进行帧内信号的相干积累与帧间信号的非相干积累；S24、对该目标回波对应的距离徙动校正结果的剩余距离门信号执行步骤S23-S24，得到单个回波信号在差分双基距离-多普勒调频率域的积累结果。更进一步地，步骤S22包括以下分步骤：B1、设置多普勒调频率的范围与调频率间隔值；B2、根据调频率间隔值构成一组线性调频信号；B3、将取出的方位信号分别与不同调频率的线性调频信号相乘，得到二维信号；B4、以确定的一帧的时间长度，将步骤B3得到的二维信号划分为若干帧。进一步地，步骤S23包括以下分步骤：C1、将每帧信号各方位向时间对应的值直接相加，得到在不同调频率值条件下每帧信号的零频值；C2、将不同调频率值条件下每帧信号的零频值进行非相干积累，得到在不同调频率值条件下信号的零频值。进一步地，步骤S3包括：S31、构建本地坐标系，其坐标轴分别为位置X、位置Y及多普勒调频率；S32、将海面场景划分网格，得到每个网格的空间坐标；S33、对于各网格，根据北斗卫星及接收站的空间位置，得到不同北斗卫星对应的差分双基距离，进而得到不同卫星对应的距离向时间；S34、将步骤S33得到的不同卫星对应的距离向时间带入步骤S23得到的非相干积累结果，得到各网格对应的一维多普勒调频率信号；S35、将当前网格下各北斗卫星对应的一维多普勒调频率信号直接进行非相干积累；S36、根据步骤S35得到的所有网格下各北斗卫星的非相干积累结果，得到在本地坐标系中的三维信号本专利技术的有益效果：本专利技术的方法，首先，对接收到的来自不同北斗卫星的目标回波均采用对称Keystone变换，得到距离徙动校正结果；其次，对各距离徙动校正后的回波信号采用分帧和去斜-FFT处理，得到各回波信号的积累结果；然后，将各回波的积累结果根据差分双基距离反向投影到本地坐标系，得到多个回波的积累结果；最后，根据多个回波的积累结果，对目标进行检测与定位；有效地解决北斗卫星作为外辐射源目标回波信噪比低的问题；本专利技术方法具备以下优点：1、本专利技术首次提出了多个北斗卫星作为外辐射源的海面运动目标的检测和定位；2、采用对称Keystone变换，可以在未知多普勒参数的情况下同时去除距离走动和距离弯曲，更好地实现距离徙动校正，同时使多普勒质心为零；3、在进行单颗卫星回波能量积累处理时，直接将各方位向时间对应的值相加，大大降低了计算量；4、根据差分双基距离，将多个北斗卫星得到的海面运动目标回波的积累结果反向投影到本地坐标系，并对各北斗卫星的海面运动目标回波的积累结果在本地坐标系下直接进行非相干积累，更好地实现对不同回波信号能量的有效积累。附图说明图1为本专利技术实施例提供的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的基于北斗卫星辐射源的被动雷达几何配置示意图；图3为本专利技术实施例提供的目标回波在本地坐标系中的能量积累结果示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于北斗卫星辐射源的海面运动目标检测与定位方法，其特征在于，包括：S1、对接收到的来自不同北斗卫星的目标回波均采用对称Keystone变换，得到距离徙动校正结果；S2、对各距离徙动校正后的回波信号采用分帧处理和去斜‑FFT，得到各回波信号的积累结果；S3、将各回波的积累结果根据差分双基距离反向投影到本地坐标系，并在本地坐标系下对各回波的积累结果进行非相干积累；S4、根据步骤S3的多个回波的非相干积累结果，对目标进行检测与定位。

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗卫星辐射源的海面运动目标检测与定位方法，其特征在于，包括：S1、对接收到的来自不同北斗卫星的目标回波均采用对称Keystone变换，得到距离徙动校正结果；S2、对各距离徙动校正后的回波信号采用分帧处理和去斜-FFT，得到各回波信号的积累结果；S3、将各回波的积累结果根据差分双基距离反向投影到本地坐标系，并在本地坐标系下对各回波的积累结果进行非相干积累；S4、根据步骤S3的多个回波的非相干积累结果，对目标进行检测与定位。2.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星辐射源的海面运动目标检测与定位方法，其特征在于，步骤S1包括：S11、系统参数初始化，所述初始化的参数包括：距离向采样频率，目标观测时间，等效信号脉冲重复时间；S12、采用多颗北斗卫星作为辐射源，用两天线分别对直达波和目标回波进行录取并解调；S13、对得到各北斗卫星作为辐射源对应的直达波和目标回波进行相关处理，得到各北斗卫星作为辐射源对应的目标回波的距离向脉冲压缩后的结果；S14、对各目标回波的距离向脉冲压缩后的结果进行对称Keystone变换，得到各目标回波对应的距离徙动校正结果。3.根据权利要求2所述的一种基于北斗卫星辐射源的海面运动目标检测与定位方法，其特征在于，步骤S14包括以下分步骤：A1、对各目标回波对应的距离徙动校正结果进行距离向快速傅里叶变换，得到各目标回波对应的距离频域-方位时域信号；A2、对各目标回波对应的距离频域-方位时域信号进行正的二阶Keystone变换；A3、对各目标回波对应的距离频域-方位时域信号进行负的二阶Keystone变换；A4、对各目标回波对应的步骤A2得到的结果与步骤A3得到的结果进行相乘；A5、对各目标回波对应的步骤A4得到的相乘结果进行距离向快速傅里叶逆变换，从而得到各目标回波对应的距离徙动校正结果。4.根据权利要求3所述的一种基于北斗卫星辐射源的海面运动目标检测与定位方法，其特征在于，步骤S2包括：S21、对某个目标回波对应的距离徙动校正结果取同一距离门信号，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：李中余，黄川，张丽君，武俊杰，黄钰林，杨海光，杨建宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51