基于分数阶傅里叶变换的雷达目标速度快速估计方法技术

本申请公开了基于分数阶傅里叶变换的雷达目标速度快速估计方法。所述方法的一具体实施方式包括：根据雷达目标参数和合成孔径雷达SAR的系统参数，利用模型公式得到雷达目标方位向信号s(η)；根据关注的雷达目标速度范围确定分数阶傅里叶变换(FRFT)角度α和β；对雷达目标方位向信号s(η)进行变换角度分别为α和β的两次分数阶傅里叶变换；根据上述两次FRFT结果得到其对应的投影长度L

【技术实现步骤摘要】
基于分数阶傅里叶变换的雷达目标速度快速估计方法
本申请涉及信号处理
，具体涉及雷达目标参数估计
，尤其涉及基于分数阶傅里叶变换的雷达目标速度快速估计方法，该方法可用于雷达动目标成像、动目标识别等。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR，SyntheticApertureRadar)与地面动目标指示(GMTI,GroundMovingTargetIndication)相结合，不仅可以实现高精度成像，而且将检测到的雷达目标定位到SAR图像上，在军用和民用领域产生了广泛的应用。其中涉及SAR成像、动目标检测、动目标参数估计、动目标定位、动目标成像、动目标识别等多项关键技术。雷达目标速度估计是对该目标成像和识别的关键。雷达目标速度估计主要通过搜索的方法实现。由于雷达目标信号为线性调频信号，利用时频分析工具(如Radon-Wigner分布、分数阶傅里叶变换等)通过搜索参数实现雷达目标速度估计：即在最匹配参数时达到最大值，该最匹配参数即可用于估计雷达目标速度。但此类方法主要存在以下问题：(1)通过搜索估计参数，运算量较大，难以满足高实时性需求；(2)由于搜索步长对应运算量和参数估计精度，实现低运算量高实时性和高参数估计精度是矛盾的，在实际应用中需要折衷考虑。在实际应用中，雷达目标参数估计的实时性是决定该技术应用的重要指标。提升雷达目标参数估计的实时性逐渐成为研究热点。因此，研究快速的雷达目标速度估计方法具有重要意义。
技术实现思路
本申请的目的在于针对上述已有技术的不足，提出基于分数阶傅里叶变换的雷达目标速度快速估计方法，以提高雷达目标速度估计的实时性和估计精度。本申请提供了基于分数阶傅里叶变换的雷达目标速度快速估计方法，所述方法包括：(1)根据雷达目标参数和合成孔径雷达SAR的系统参数，利用模型公式得到雷达目标方位向信号s(η)，其中，η为慢时间；(2)根据关注的雷达目标速度范围和合成孔径雷达SAR的系统参数，确定分数阶傅里叶变换角度α和β；(3)对雷达目标方位向信号s(η)进行变换角度分别为α和β的分数阶傅里叶变换(FRFT)，即分别得到FRFT结果Fα(u)向量和Fβ(u)向量，其中，u表示FRFT变换域；(4)根据FRFT结果Fα(u)向量和Fβ(u)向量得到对应的门限Hα和Hβ，进而得到变换角度分别为α和β的FRFT结果的投影长度Lα和Lβ；(5)由计算所述雷达目标调频率，其中，fsa为脉冲重复频率，Ta为合成孔径时间，进而可以计算所述雷达目标的方位向速度为在一些实施例中，所述根据雷达目标参数和合成孔径雷达SAR的系统参数，利用模型公式得到雷达目标方位向信号s(η)，包括如下步骤：不考虑由于所述雷达目标的速度导致的距离徙动影响，按照如下模型公式得到所述雷达目标方位向信号s(η)：其中，A为所述雷达目标距离脉压域信号的幅值，R0为所述雷达目标到所述雷达平台运行轨迹的最近距离，λ为合成孔径雷达系统中心频率对应的波长，v为所述雷达平台的运行速度，va为所述雷达目标的方位向速度，η为慢时间，η0＝x0/(v-va)，x0为所述雷达目标在η＝0时刻相对于雷达平台方位位置，Ta为合成孔径时间，j为虚部符号，π为圆周率，exp为指数函数。在一些实施例中，所述根据关注的雷达目标速度范围和合成孔径雷达SAR的系统参数，确定分数阶傅里叶变换角度α和β，包括如下步骤：(1)假设关注的雷达目标方位向速度范围为va∈[va1,va2]；根据合成孔径雷达系统参数(v，λ，R0)，以及雷达目标方位向速度与雷达目标调频率的关系γa＝-2(v-va)2/λR0，得到雷达目标的调频率范围γa∈[γa1,γa2]，其中，γa为动目标调频率，R0为所述雷达目标到所述雷达平台运行轨迹的最近距离，λ为合成孔径雷达系统中心频率对应的波长，v为所述雷达平台的运行速度；(2)根据雷达目标调频率与其时频角度的关系可以得到雷达目标时频角度的范围为其中，fsa为脉冲重复频率，Ta为合成孔径时间；(3)根据关系式和进而在该范围内可以选择确定α和β。在一些实施例中，所述对雷达目标方位向信号s(η)进行变换角度分别为α和β的分数阶傅里叶变换(FRFT)，即分别得到FRFT结果Fα(u)向量和Fβ(u)向量，包括如下步骤：将所述雷达目标方位向信号s(η)进行变换角度分别为α和β的FRFT，即：其中，u表示FRFT变换域，Kα(u,η)和Kβ(u,η)表示变换角度分别为α和β的变换核函数，即：通过上述处理，即可得到FRFT结果Fα(u)向量和Fβ(u)向量。在一些实施例中，所述根据FRFT结果Fα(u)向量和Fβ(u)向量得到对应的门限Hα和Hβ，进而得到变换角度分别为α和β的FRFT结果的投影长度Lα和Lβ，包括如下步骤：(1)根据Fα(u)向量和Fβ(u)向量得到对应的门限Hα和Hβ：Hα＝0.5·[max(abs(Fα(u)))-min(abs(Fα(u)))]+min(abs(Fα(u)))Hβ＝0.5·[max(abs(Fβ(u)))-min(abs(Fβ(u)))]+min(abs(Fβ(u)))其中，abs(·)，max(·)和min(·)分别表示取向量的绝对值，最大值和最小值操作；(2)将FRFT结果Fα(u)向量和Fβ(u)向量的绝对值，分别与预设门限值Hα和Hβ进行比较，将绝对值大于其对应门限值的个数分别记为Lα和Lβ，Lα和Lβ即为变换角度分别为α和β的FRFT结果的投影长度。本申请提供的基于分数阶傅里叶变换的雷达目标速度快速估计方法，与现有技术相比具有以下优点：1)本申请利用FRFT变换域投影长度计算雷达目标调频率、方位向速度等参数，利用新思路实现动目标参数估计；2)本申请避免了传统搜索方法的搜索过程，从而避免了传统搜索方法面临的实时性和估计精度折衷选择难题。3)本申请仅利用两次FRFT变换实现参数估计，使得参数估计的实时性方面得以较大提升。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本申请的基于分数阶傅里叶变换的雷达目标速度快速估计方法的一个实施例的流程图；图2是本申请的变换角度为α的FRFT结果的投影长度Lα获得过程示意图；图3是本申请的变换角度为β的FRFT结果的投影长度Lβ获得过程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关专利技术相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。图1示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于分数阶傅里叶变换的雷达目标速度快速估计方法，其特征在于，所述方法包括：/n根据雷达目标参数和合成孔径雷达SAR的系统参数，利用模型公式得到雷达目标方位向信号s(η)，其中，η为慢时间；/n根据关注的雷达目标速度范围和合成孔径雷达SAR的系统参数，确定分数阶傅里叶变换角度α和β；/n对所述雷达目标方位向信号s(η)进行变换角度分别为α和β的分数阶傅里叶变换FRFT，即分别得到FRFT结果F

【技术特征摘要】
1.基于分数阶傅里叶变换的雷达目标速度快速估计方法，其特征在于，所述方法包括：
根据雷达目标参数和合成孔径雷达SAR的系统参数，利用模型公式得到雷达目标方位向信号s(η)，其中，η为慢时间；
根据关注的雷达目标速度范围和合成孔径雷达SAR的系统参数，确定分数阶傅里叶变换角度α和β；
对所述雷达目标方位向信号s(η)进行变换角度分别为α和β的分数阶傅里叶变换FRFT，即分别得到FRFT结果Fα(u)向量和Fβ(u)向量，其中，u表示FRFT变换域；
根据FRFT结果Fα(u)向量和Fβ(u)向量得到对应的门限Hα和Hβ，进而得到变换角度分别为α和β的FRFT结果的投影长度Lα和Lβ；
由计算所述雷达目标调频率，其中，fsa为脉冲重复频率，Ta为合成孔径时间，进而计算所述雷达目标的方位向速度为其中，R0为所述雷达目标到雷达平台运行轨迹的最近距离，λ为合成孔径雷达系统中心频率对应的波长，v为所述雷达平台的运行速度。


2.根据权利要求1所述的基于分数阶傅里叶变换的雷达目标速度快速估计方法，其特征在于，所述根据雷达目标参数和合成孔径雷达SAR的系统参数，利用模型公式得到雷达目标方位向信号s(η)，包括如下步骤：
不考虑由于所述雷达目标的速度导致的距离徙动影响，按照如下模型公式得到所述雷达目标方位向信号s(η)：



其中，A为所述雷达目标距离脉压域信号的幅值，R0为所述雷达目标到雷达平台运行轨迹的最近距离，λ为合成孔径雷达系统中心频率对应的波长，v为所述雷达平台的运行速度，va为所述雷达目标的方位向速度，η为慢时间，η0＝x0/(v-va)，x0为所述雷达目标在η＝0时刻相对于雷达平台方位位置，Ta为合成孔径时间，j为虚部符号，π为圆周率，exp为指数函数。


3.根据权利要求1所述的基于分数阶傅里叶变换的雷达目标速度快速估计方法，其特征在于，所述根据关注的雷达目标速度范围和合成孔径雷达SAR的系统参数，确定分数阶傅里叶变换角度α和β，包括如下步骤：
假设关注的雷达目标方位向速度范围为va∈[va1,va2]；
根据合成孔径雷达系统参数(v，λ，R0)，以及雷达目标方位向速度与雷达目标调频率的关系γa＝-2(v-va)2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学攀，刘露，王成，梁健，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11