微波暗室中脉冲雷达进动目标微动特征提取方法技术

本发明专利技术公开一种微波暗室中脉冲雷达进动目标微动特征提取方法，步骤如下：第一步，间歇采样收发获取进动目标回波信号；第二步，解线性调频获取进动目标距离像；第三步，截取真实进动目标所在距离单元的距离像；第四步，时频分析获取进动目标不同部位的微动信息。本发明专利技术方法解决了脉冲雷达在微波暗室内进行目标特性测量时，收发信号相互耦合的问题；实现了进动目标脉冲回波距离像的有效获取；截取得到包含目标微动特征的距离像信息；实现了进动目标微动特征的精确提取。

A method to extract the fretting feature of moving target of pulse radar in microwave darkroom

【技术实现步骤摘要】
微波暗室中脉冲雷达进动目标微动特征提取方法
本专利技术涉及微波暗室中脉冲雷达进动目标微动特征提取方法，属于雷达目标特征提取仿真领域，具体涉及在微波暗室中模拟脉冲体制雷达信号的收发处理技术，获取目标高分辨距离像，并实现对进动目标特性测量及微多普勒特征有效提取的方法。
技术介绍
微波暗室目标特性测量是获取目标电磁特征的主要手段。为实现对具有高速旋转特性进动目标特性测量，传统的扫频方法需要采取降低目标旋转频率等措施实现，难以实现对真实运动状态的进动目标进行实时动态测量。间歇采样收发方法采用脉冲雷达信号，可以达到较高的脉冲重复频率(pulserepetitionfrequency,PRF)，而无需改变目标的运动特性，因此测量结果更能反映进动目标的实际运动特性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种微波暗室中脉冲雷达进动目标微动特征提取方法，以解决现有技术中难以实现对真实运动状态的进动目标进行实时动态测量的问题；提出一种在微波暗室中利用间歇采样收发方法，实现具有高速旋转特性的进动目标动态测量，根据间歇收发控制信号的参数，对间歇采样收发目标回波进行解线性调频得到距离像，选取目标所在距离单元进行时频分析，经过幅度补偿后得到进动目标的微多普勒信息。本专利技术采取的技术方案如下：第一步，间歇采样收发获取进动目标回波信号考虑雷达脉冲慢时间tm时刻，完整脉冲信号为s(t,tm)，间歇采样收发的过程等价于用控制信号p(t)与s(t,tm)相乘，即有s1(t,tm)＝s(t,tm)·p(t)。根据进动目标运动特性计算得到，慢时间tm时刻目标上某个散射点(散射系数为αk)与雷达的径向距离为Rk(tm)，间歇采样收发后的目标回波为各散射的回波之和，表示为第二步，解线性调频获取进动目标距离像以参考信号sref(t)，对线性调频信号间歇采样收发的目标回波sr(t,tm)进行去斜处理，然后进行傅里叶变换，可以得到进动目标距离像。第三步，截取真实进动目标所在距离单元的距离像根据间歇采样收发周期、线性调频信号带宽、脉冲宽度、目标尺寸，设计矩形窗对实际目标峰值位置的距离像进行截取，得到包含目标微动信息的距离像。第四步，时频分析获取进动目标不同部位的微动信息对上一步截取的包含目标微动信息的距离像，结合间歇收发参数，进行能量补偿；然后，沿距离像不同峰值所在距离单元的慢时间进行时频分析，得到进动目标不同部位的微多普勒。其中，第二步所述的解线性调频获取目标距离像，具体过程如下：令Dechirp处理的参考距离为Rref，可得参考信号为其中，Tref是参考信号的脉宽，一般比Tp稍大。根据Dechirp处理原理，间歇采样收发回波的差频输出为其中，是sref(t)的共轭。Rk,Δ(tm)＝Rk(tm)-Rref，2μRk,Δ/C表示散射点相对参考点的位置。对快时间进行傅里叶变换，并去除残余视频相位(ResidualVideoPhase,RVP)项和斜置项，得到包含目标微动信息距离像为其中，第三步所述的加窗截取真实目标所在距离单元，具体过程如下：根据(公式3)，相邻两个辛克函数尖峰相距要保证匹配滤波后相邻峰值不发生混叠，则需满足ΔR＞L(公式5)其中，L为目标尺寸。此外要满足目标回波信号不遮挡和完全接收条件，还须有其中表示信号遍历目标耗时。即约束条件可写为：在理想情况下，利用矩形窗截取脉压输出的主峰可以获得进动目标真实位置处的距离像。令为矩形窗宽，则对应的距离要小于相邻峰的距离，从而因此，截取之后间歇采样收发回波的匹配滤波输出为对的主峰位置(n＝0)进行时域开窗处理即可得到进动目标实际位置处的距离像信息。其中，第四步所述的能量补偿及时频分析，具体过程如下：令n＝0，得到脉压输出的峰值点为由于发射信号的通断，损失了部分信号能量，通过对信号幅度补偿1/τfs，并对(公式10)进行时频分析，即可得到散射点对应的微多普勒频率。本专利技术的有益效果主要包括：第一，解决了脉冲雷达在微波暗室内进行目标特性测量时，收发信号相互耦合的问题。将脉冲信号分为多个短脉冲进行间歇性交替收发，实现收发信号时域分离，得到进动目标回波信号。第二，实现了进动目标脉冲回波距离像的有效获取。通过对间歇采样收发目标回波解线性调频处理，得到包含目标散射信息的多个单频信号，对该信号进行傅里叶变换，能够有效获取进动目标距离像信息。第三，截取得到包含目标微动特征的距离像信息。进动目标微多普勒信息在脉冲持续时间内一般保持不变，而在多个脉冲之间发生变化。通过对间歇采样目标回波距离像的有效截取，能够得到包含目标微动信息的距离像，为下一步提取目标微动信息提供基础。第四，实现了进动目标微动特征的精确提取。通过上一步截取得到的目标距离像，对距离像中不同峰值所处距离单元沿慢时间分别进行时频分析，能够得到目标不同部位的微多普勒信息，从而验证本专利技术的有效性。【附图说明】图1是微波暗室进动目标微动特征提取实验场景。图2是目标进动姿态示意图。图3是进动目标微多普勒提取流程。图4是间歇采样收发进动目标回波。图5(a)是进动目标高分辨距离像。图5(b)是进动目标高分辨距离像放大图。图6是间歇采样收发进动目标距离-慢时间二维图像。图7(a)是进动目标鼻锥微多普勒时频图。图7(b)是进动目标中部圆环微多普勒时频图。图7(c)是进动目标底部圆环微多普勒时频图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。步骤如下：第一步，间歇采样收发获取进动目标回波信号。间歇采样收发交替工作过程可以等价为信号p(t)对雷达脉冲信号进行控制，p(t)可表示为其中τ为发射通道工作时段，Ts为收发通道交替工作周期，δ(·)为单位冲击函数，n表示第n个方波信号。p(t)的频域可以表示为其中，fs＝1/Ts，sinc(x)＝sin(πx)/(πx)。图1为微波暗室内进行进动目标微动特征提取实验场景。图2给出了目标进动姿态示意图。其中，雷达与目标质心O相距R0，目标绕锥旋轴OZ做锥旋运动，旋转频率为fp，绕自旋轴OB做自旋运动，旋转频率为ft。OAB为雷达视线与目标的切面，目标初始姿态角为OA与OX构成的夹角φ0。平均视线角β为雷达视线OR与锥旋轴OZ的夹角，进动角θ为锥旋轴OZ与自旋轴OB的夹角，电波入射角γ为OB与OR的夹角。假设雷达视线OR与自旋轴OB构成的平面与锥柱结合面(图2中圆锥体与圆柱相交的平面)交于p'和q'两点。对于旋转对称目标，在进动过程中，散射中心p'和q'随OB在参考系中运动而在本体坐标系中变化，形成滑动现象。α为Oq'与OB的夹角，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波暗室中脉冲雷达进动目标微动特征提取方法，其特征在于：该方法步骤如下：/n第一步，间歇采样收发获取进动目标回波信号/n考虑雷达脉冲慢时间t

【技术特征摘要】
1.一种微波暗室中脉冲雷达进动目标微动特征提取方法，其特征在于：该方法步骤如下：
第一步，间歇采样收发获取进动目标回波信号
考虑雷达脉冲慢时间tm时刻，完整脉冲信号为s(t,tm)，间歇采样收发的过程等价于用控制信号p(t)与s(t,tm)相乘，即有s1(t,tm)＝s(t,tm)·p(t)；根据进动目标运动特性计算得到，慢时间tm时刻目标上某个散射系数为αk的散射点与雷达的径向距离为Rk(tm)，间歇采样收发后的目标回波为各散射的回波之和，表示为
第二步，解线性调频获取进动目标距离像
以参考信号sref(t)，对线性调频信号间歇采样收发的目标回波sr(t,tm)进行去斜处理，然后进行傅里叶变换，可以得到进动目标距离像；
第三步，截取真实进动目标所在距离单元的距离像
根据间歇采样收发周期、线性调频信号带宽、脉冲宽度、目标尺寸，设计矩形窗对实际目标峰值位置的距离像进行截取，得到包含目标微动信息的距离像；
第四步，时频分析获取进动目标不同部位的微动信息
对上一步截取的包含目标微动信息的距离像，结合间歇收发参数，进行能量补偿；然后，沿距离像不同峰值所在距离单元的慢时间进行时频分析，得到进动目标不同部位的微多普勒。


2.根据权利要求1所述的微波暗室中脉冲雷达进动目标微动特征提取方法，其特征在于：第二步所述的解线性调频获取目标距离像，具体过程如下：
令Dechirp处理的参考距离为Rref，可得参考信号为



其中，Tref是参考信号的脉宽，一般比Tp稍大；
根据Dechirp处理原理，间歇采样收发回波的差频输出为<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓斌，赵锋，徐志明，艾小锋，吴其华，潘小义，顾赵宇，肖顺平，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43