一种基于卫星外辐射源的前向散射目标探测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于通信技术与信号处理技术领域，公开了一种基于卫星外辐射源的前向散射目标探测方法及系统，首先基于传统的卫星跟踪环路对接收到的信号进行处理，提取到基带信号，并作去直流处理；其次在线性正则域中利用矩形窗函数对接收信号中的多径信号等干扰进行抑制；然后基于线性正则变换对干扰抑制后的信号进行处理，并提取信号在线性正则域中的峰值作为检测量进行目标检测；最后利用线性正则变换和匹配滤波算法，提取峰值处坐标，从而估计出前向散射情况下目标的速度和高度。本发明专利技术在在信噪比对目标的检测和定位均有效可行的。本发明专利技术能够对基于卫星外辐射源的前向散射目标探测具有良好的探测性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于卫星外辐射源的前向散射目标探测方法及系统
本专利技术属于通信技术与信号处理
，尤其涉及一种基于卫星外辐射源的前向散射目标探测方法、无线通信系统。
技术介绍
无源探测系统具有收发分置的几何特点，有别于有源探测系统收发一体的特点，其发射机与接收机分离，而前向散射雷达(ForwardScatterRadar,FSR)系统更是被认为是特殊甚至是极端的双基地雷达配置。一般认为如果双基地角高于时，目标处于FSR作用范围内，而随着目标不断接近基线，此时雷达散射截面积(RadarCrossSection,RCS)迅速增大，当目标穿越基线时，即当双基地角等于时，目标RCS达到最大值。我们将作用于该区域的雷达称为前向散射雷达。与其他形式的照射源相比，卫星照射源的缺陷在于其地面发射功率密度较低。但相比之下，卫星发射源的覆盖方面比大多数其他发射机更具有优势。众所周知，在前向散射的情况下，目标的RCS很高，这意味着双基地角接近。因此，与其他的几何形状相比，如果移动的目标越过基线，则更容易检测到目标。因此，前向散射的这一优势提供了使用卫星作为照射源来检测雷达目标的潜力，同时，尽管前向散射区很窄，但是卫星的丰富性和接收器的便捷处置使卫星前向散射雷达成为一种在广阔区域中检测空中目标的可能方法。因此可看出前向散射雷达下的目标检测和目标运动学参数估计具有传统目标探测系统不具有的优势和特点。目前，基于传统卫星跟踪环路的全球定位系统散射信号提取的信号处理方法已经通过了许多外场实验得到了验证。同时对于观察到的阴影效应进行处理，已将其运用于目标检测、分类等领域。但是相比之下，基于对前向散射信号特征的分析，从而提取目标信号特征进行目探测的研究较少。因此，研究前向散射下的目标探测具有重要意义及价值。现有技术一从理论上对卫星信号作为照射源的双基无源雷达信号的性能进行分析，针对无源雷达系统中可能出现的几何形状和配置，包括前向散射模型，对空中目标检测可达到的范围进行估算，表明了GPS卫星用于在前向散射环境下进行目标探测的可行性，但对接收信号的直达波、多径等干扰抑制、检测方法和检测器设置等并没有做详细的探索和分析。现有技术二研究了基于GPSL5信号的双基地雷达对空中目标的可探测性，该方法基于传统的跟踪环路处理方法，对接收到的信号进行处理，并通过观察到的阴影现象进行目标检测，但随着目标高度的提升，其在基线处的衰减程度降低，不利于目标检测。现有技术三研究了基于CVD(crystalvideodetector)的前向散射目标检测方法，该方法通过平方律检波器对目标信号进行处理，并通过去直流处理抑制直达波，但该方法未能在较低信噪比下进行目标检测性能研究。现有技术四提出了基于短时傅立叶变换的时频分析估计多普勒频率，并通过两个不同接收机系统信号之间的互相关的时延技术联合估计基线交叉点和基线速度的方法，但该方法对目标参数估计的系统几何模型要求较高，不适用单基线情况下的目标参数估计方法。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：由于前向散射系统的特点，导致接收端不存在传统双基地雷达所具有的参考通道和监测通道这种双通道结构，接收端只有一个通道进行信号接收，因此传统的卫星外辐射源目标探测方法不适用前向散射场景。目前对该场景下的目标探测方法多根据观察到的阴影现象进行研究，而关于信号特征分析的研究较少。并且，直达波和多径干扰的功率高于目标回波信号的功率，因而会对后续的探测造成很大影响，因此需要研究对直达波和多径干扰的抑制。解决以上问题及缺陷的意义为：本专利技术提出的一种基于卫星外辐射源的前向散射目标探测方法能够完成对目标回波信号进行有效探测。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于卫星外辐射源的前向散射目标探测方法及系统。本专利技术是这样实现的，一种基于卫星外辐射源的前向散射目标探测方法，所述基于卫星外辐射源的前向散射目标探测方法包括：基于传统的卫星跟踪环路对接收到的信号进行处理，提取到基带信号，并利用零陷波滤波器作去直流处理；利用线性正则变换的可逆性以及其对高斯噪声的抑制作用，计算提取到的信号的线性正则变换，并在其域中通过矩形窗函数去除高斯噪声和多径干扰，经过逆线性正则变换得到噪声抑制后的信号；将然后基于线性正则变换对干扰抑制后的信号进行处理，并提取信号在线性正则域中的峰值作为检测量，进行目标检测；通过对前向散射信号的分析，构建特征信号，将线性正则变换和匹配滤波算法相结合，通过提取峰值处坐标，从而估计出前向散射情况下目标的速度和高度。进一步，基于传统的卫星跟踪环路对接收到的信号进行处理，提取到基带信号，并利用零陷波滤波器作去直流处理包括：接收机接收到的信号描述为：其中，Ad是直达波信号幅度，AT是目标回波信号的幅度，C(t)为C/A码，D(t)为数据码，f0为载波频率，是目标的散射相位，H为多径信道的经数，ωj为直达波信号经过第j条多径后的幅度，τηj为直达波信号经过第j条多径后的时延，n(t)为均值为零的平稳高斯白噪声，τd和τt是由距离导致的时延，时延公式表示为：其中，RT(t)为目标到发射机的距离，RR(t)为目标到发射机的距离，RD(t)为发射机到接收机的距离。由于目标运动，散射信号st(t)呈现出多普勒变化，其振幅调制由前向散射模式和传播损耗指定；接收机接收到的信号可重写为：基于跟踪环路对接收到的信号执行下变频、码相关和符号消除后可得到相关结果为：其中，Gd、GT分别是直达波和目标回波的码相关增益，ωηj为第j条多径干扰的幅度，n'(t)为均值为零的高斯白噪声；通过陷波滤波器完成对直达波信号的抑制，接收到的信号为：进一步，在线性正则域中利用矩形窗函数对接收信号中的多径信号等干扰进行抑制包括：以峰值点作为矩形窗函数的中心，滤去大部分的噪声和干扰。进一步，矩形窗函数的带宽的设计方法包括：步骤一，将信号做线性正则变换，得到信号的线性正则谱PL(w)；步骤二，进行最小二乘多项式拟合，得到平滑的功率谱曲线；步骤三，将平滑度功率谱曲线进行求导，从中提取线性正则域中心点附近斜率导数值极大值点和极小值点的位置，分别记为a、b，并将其差值|b-a|作为估计带宽步骤四，设计循环次数，重复操作，获得统计平均值。进一步，根据上述分析构造窗函数，将目标回波信号分离出来，其中，线性正则域的矩形窗函数表示为：利用线性正则变换算法的可逆性，对分离出来的信号进行逆变换，完成对直达波和多径干扰的抑制；f(t)为干扰抑制后的信号，并且f(t)中只包含目标回波信号和噪声，f(t)表示为：其中，v(t)为高斯噪声。进一步，然后基于线性正则变换对干扰抑制后的信号进行处理，并提取信号在线性正则域中的峰值进行目标检测包括：对经过直达波和多径干扰抑制后的信号f(t)进行线性正则变换，得到GPS信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于卫星外辐射源的前向散射目标探测方法，其特征在于，所述基于卫星外辐射源的前向散射目标探测方法包括：/n基于传统的卫星跟踪环路对接收到的信号进行处理，提取到基带信号，并利用零陷波滤波器作去直流处理；/n利用线性正则变换的可逆性以及其对高斯噪声的抑制作用，计算提取到的信号的线性正则变换，并在其域中通过矩形窗函数去除高斯噪声和多径干扰，经过逆线性正则变换得到噪声抑制后的信号；/n将然后基于线性正则变换对干扰抑制后的信号进行处理，并提取信号在线性正则域中的峰值作为检测量，进行目标检测；/n通过对前向散射信号的分析，构建特征信号，将线性正则变换和匹配滤波算法相结合，通过提取峰值处坐标，从而估计出前向散射情况下目标的速度和高度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星外辐射源的前向散射目标探测方法，其特征在于，所述基于卫星外辐射源的前向散射目标探测方法包括：
基于传统的卫星跟踪环路对接收到的信号进行处理，提取到基带信号，并利用零陷波滤波器作去直流处理；
利用线性正则变换的可逆性以及其对高斯噪声的抑制作用，计算提取到的信号的线性正则变换，并在其域中通过矩形窗函数去除高斯噪声和多径干扰，经过逆线性正则变换得到噪声抑制后的信号；
将然后基于线性正则变换对干扰抑制后的信号进行处理，并提取信号在线性正则域中的峰值作为检测量，进行目标检测；
通过对前向散射信号的分析，构建特征信号，将线性正则变换和匹配滤波算法相结合，通过提取峰值处坐标，从而估计出前向散射情况下目标的速度和高度。


2.如权利要求1所述的基于卫星外辐射源的前向散射目标探测方法，其特征在于，基于传统的卫星跟踪环路对接收到的信号进行处理，提取到基带信号，并利用零陷波滤波器作去直流处理包括：
接收机接收到的信号描述为：



其中，Ad是直达波信号幅度，AT是目标回波信号的幅度，C(t)为C/A码，D(t)为数据码，f0为载波频率，是目标的散射相位，H为多径信道的经数，ωj为直达波信号经过第j条多径后的幅度，τηj为直达波信号经过第j条多径后的时延，n(t)为均值为零的平稳高斯白噪声，τd和τt是由距离导致的时延，时延公式表示为：






其中，RT(t)为目标到发射机的距离，RR(t)为目标到发射机的距离，RD(t)为发射机到接收机的距离。
由于目标运动，散射信号st(t)呈现出多普勒变化，其振幅调制由前向散射模式和传播损耗指定；接收机接收到的信号可重写为：



基于跟踪环路对接收到的信号执行下变频、码相关和符号消除后可得到相关结果为：



其中，Gd、GT分别是直达波和目标回波的码相关增益，ωηj为第j条多径干扰的幅度，n'(t)为均值为零的高斯白噪声；通过陷波滤波器完成对直达波信号的抑制，接收到的信号为：





3.如权利要求1所述的基于卫星外辐射源的前向散射目标探测方法，其特征在于，在线性正则域中利用矩形窗函数对接收信号中的多径信号等干扰进行抑制包括：以峰值点作为矩形窗函数的中心，滤去大部分的噪声和干扰。


4.如权利要求3所述的基于卫星外辐射源的前向散射目标探测方法，其特征在于，矩形窗函数的带宽的设计方法包括：
步骤一，将信号做线性正则变换，得到信号的线性正则谱PL(w)；
步骤二，进行最小二乘多项式拟合，得到平滑的功率谱曲线；
步骤三，将平滑度功率谱曲线进行求导，从中提取线性正则域中心点附近斜率导数值极大值点和极小值点的位置，分别记为a、b，并将其差值|b-a|作为估计带宽
步骤四，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明骞，郑诗斐，宫丰奎，葛建华，
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