一种基于长时间积累的临空高速目标检测方法技术

本发明专利技术属于雷达信号处理技术领域，具体公开了一种基于长时间积累的临空高速目标检测方法，首先对脉冲压缩后的回波信号按脉冲数进行分段，并补偿每一段内的回波信号包络的距离走动和多普勒扩展；再对每一段内补偿后的结果进行段内的相参积累；最后对所有回波信号进行段间的包络移动和非相参积累，使回波信号能量得以有效积累。采用时间分段、段内相参积累、段间非相参积累的长时间积累方法，既解决了长时间相参积累计算量问题，又解决了回波信号相参性变差的问题；提高了检测性能，易于工程实现。易于工程实现。易于工程实现。

【技术实现步骤摘要】
一种基于长时间积累的临空高速目标检测方法


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理
，尤其涉及一种基于长时间积累的临空高速目标检测方法，可用于提高积累增益，减少计算量，易于工程实现。

技术介绍

[0002]随着航空航天技术的发展，高超声速飞行器以其极为诱人的军事应用前景而受到各军事大国的关注。它综合了航空航天领域众多学科的新技术，代表了未来航空航天领域的研究发展方向，军事上被认为是继隐身技术之后的又一重点
高超声速飞行器一般飞行在20km～100km的临近空间，具有作战距离远、飞行速度快、机动性强等特点，能够在极短的时间穿过雷达波束，突破现有空天防御系统，对国家空天安全带来巨大威胁。面对临近空间高超声速飞行器的各种突防手段，研究高速高机动目标检测技术具有重要意义。
[0003]通常可以增加观测时间并采用长时间积累技术以提高目标的输出信噪比，用时间换取能量，进而提高雷达对该类目标的检测性能。然而在长时间积累过程中，由于临近空间高速目标高速高机动的运动特性，会出现距离徙动和多普勒扩展现象，使得传统的相参积累效果严重变差。考虑到目标在大气层中高速运动与空气摩擦引起空气电离产生等离子鞘套，导致回波信号本身的相参性变差。若这时仍进行长时间相参积累，反而会导致结果变差；同时从硬件可实现的角度考虑，长时间相参积累对设备量需求很大，成本太高。因此，研究有效且易于工程实现的长时间积累算法，实现对临近空间高速目标的检测具有迫切的现实意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于长时间积累的临空高速目标检测方法，采用时间分段、段内相参积累、段间非相参积累的长时间积累方法，既解决了长时间相参积累计算量问题，又解决了回波信号相参性变差的问题；提高了检测性能，易于工程实现。
[0005]本专利技术的技术原理：首先对脉冲压缩后的回波信号按脉冲数进行分段，并补偿每一段内的回波信号包络的距离走动和多普勒扩展；再对每一段内补偿后的结果进行段内的相参积累；最后对所有回波信号进行段间的包络移动和非相参积累，使回波信号能量得以有效积累。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现。
[0007]一种基于长时间积累的临空高速目标检测方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，建立高速机动目标运动模型，构造长时间观测条件下的雷达回波数据模型，对原始回波数据依次进行下变频和低通滤波，得到雷达接收的基带回波数据s
r
(t
k
，t
m
)；然后，利用匹配滤波器对基带回波数据s
r
(t
k
，t
m
)进行脉冲压缩，得到脉压后频率
‑
慢时间域的回波数据S
P
(f，t
m
)；
[0009]其中，m＝0，1，...，N
‑
1，N表示总的积累脉冲数；t
k
为快时间，t
m
为慢时间；
[0010]步骤2，按慢时间维将脉压后频率
‑
慢时间域的回波数据S
P
(f，t
m
)划分为M个回波数据段
[0011]其中，每Q个脉冲重复间隔作为一个相参处理时间段，Q为2的整数次幂，m
i
＝(i
‑
1)
×
Q，(i
‑
1)
×
Q+1，...，i
×
Q
‑
1，N＝M
×
Q；
[0012]步骤3，构造搜索速度的遍历区间和步长，根据每个搜索速度v
s
构造对应的相位补偿因子，形成补偿矩阵H
v
(v
s
)，并与第一段回波数据相乘，得到补偿后的第一段回波数据，并估计目标运动速度；根据目标运动速度估计值形成最优补偿矩阵，并对所有回波数据段分别进行补偿，得到相位补偿后的M个回波数据段，将相位补偿后的M个回波数据段通过IFFT变换到距离时域，得到相位补偿后的时域信号
[0013]步骤4，采用解线调频法对时域信号进行多普勒调频率的估计，即估计目标加速度，根据目标加速度估计值构造多普勒补偿项，对所有相位补偿后的时域信号进行补偿，实现多普勒扩展补偿；
[0014]步骤5，对步骤4补偿后的M个回波数据段的每一个距离单元分别做Q点的快速傅里叶变换，将每个回波数据段内的能量分别聚集在一个距离单元和多普勒单元，实现数据段内的相参积累，得到相参积累后的M个回波数据段；
[0015]步骤6，确定不同回波数据之间的距离单元差和多普勒通道差，采用段间距离单元差构造距离向补偿因子，对相参积累后的M个回波数据段进行距离向补偿，得到段间包络对齐后的M个回波数据段；
[0016]步骤7，对段间包络对齐后的M个回波数据段进行归一化处理，得到归一化后的M个回波数据段；利用步骤6确定的段间多普勒通道差，将归一化后的M个回波数据段中每段数据对应多普勒通道的数据提取出来并取模值后再相加，实现段间非相参积累，得到段间非相参积累后的回波数据；对段间非相参积累后的回波数据进行目标检测即可。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0018](1)对于飞机等机动性很强的目标，长时间相参积累技术受到限制。长时间相参积累技术假设目标的运动是平稳的，其径向速度保持不变，但在长时间探测时，目标运动的轨迹和速度通常都是改变的，无法实现相参积累。而本专利技术通过采用时间分段、段内相参积累、段间非相参积累的长时间积累方法，既解决了长时间相参积累计算量问题，又解决了回波信号相参性变差的问题；同时在进行段内距离走动校正和多普勒扩展补偿时，也可以减少目标速度和加速度的遍历搜索量，从而减少算法计算量，易于工程实现。
[0019](2)若对长时间内的所有回波进行MTD检测，即使目标不发生距离走动，其速度的变化也会导致其能量分散在多个速度单元上，其原因在于速度(多普勒)单元分得太细。本专利技术采用时间分段、段内相参积累、段间非相参积累的方法，可以防止目标的速度分裂。对信号进行分段后，每一段内相参积累脉冲数少，速度单元粗，目标的速度变化不大时，仍落在一个速度单元中；把多个时间段的各批数据的相参积累结果的模值叠加，实现非相参积累，也不会发生速度分裂。
附图说明
[0020]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0021]图1是本专利技术的实现流程图；
[0022]图2(a)是本专利技术中第一段回波信号经脉冲压缩后的等高线结果图；
[0023]图2(b)是本专利技术中第一段回波信号经距离走动校正后的等高线结果图；
[0024]图3(a)是本专利技术中第一段回波信号经距离走动校正后进行相参积累的结果图；
[0025]图3(b)是本专利技术中第一段回波信号经多普勒扩展补偿后进行相参积累的结果图；
[0026]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于长时间积累的临空高速目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立高速机动目标运动模型，构造长时间观测条件下的雷达回波数据模型，对原始回波数据依次进行下变频和低通滤波，得到雷达接收的基带回波数据s
r
(t
k
,t
m
)；然后，利用匹配滤波器对基带回波数据s
r
(t
k
,t
m
)进行脉冲压缩，得到脉压后频率
‑
慢时间域的回波数据S
P
(f,t
m
)；其中，m＝0,1,...,N
‑
1，N表示总的积累脉冲数；t
k
为快时间，t
m
为慢时间；步骤2，按慢时间维将脉压后频率
‑
慢时间域的回波数据S
P
(f,t
m
)划分为M个回波数据段其中，每Q个脉冲重复间隔作为一个相参处理时间段，Q为2的整数次幂，m
i
＝(i
‑
1)
×
Q,(i
‑
1)
×
Q+1,...,i
×
Q
‑
1，N＝M
×
Q；步骤3，构造搜索速度的遍历区间和步长，根据每个搜索速度v
s
构造对应的相位补偿因子，形成补偿矩阵H
v
(v
s
)，并与第一段回波数据相乘，得到补偿后的第一段回波数据，并估计目标运动速度；根据目标运动速度估计值形成最优补偿矩阵，并对所有回波数据段分别进行补偿，得到相位补偿后的M个回波数据段，将相位补偿后的M个回波数据段通过IFFT变换到距离时域，得到相位补偿后的时域信号步骤4，采用解线调频法对时域信号进行多普勒调频率的估计，即估计目标加速度，根据目标加速度估计值构造多普勒补偿项，对所有相位补偿后的时域信号进行补偿，实现多普勒扩展补偿；步骤5，对步骤4补偿后的M个回波数据段的每一个距离单元分别做Q点的快速傅里叶变换，将每个回波数据段内的能量分别聚集在一个距离单元和多普勒单元，实现数据段内的相参积累，得到相参积累后的M个回波数据段；步骤6，确定不同回波数据之间的距离单元差和多普勒通道差，采用段间距离单元差构造距离向补偿因子，对相参积累后的M个回波数据段进行距离向补偿，得到段间包络对齐后的M个回波数据段；步骤7，对段间包络对齐后的M个回波数据段进行归一化处理，得到归一化后的M个回波数据段；利用步骤6确定的段间多普勒通道差，将归一化后的M个回波数据段中每段数据对应多普勒通道的数据提取出来并取模值后再相加，实现段间非相参积累，得到段间非相参积累后的回波数据；对段间非相参积累后的回波数据进行目标检测即可。2.根据权利要求1所述的基于长时间积累的临空高速目标检测方法，其特征在于，步骤1中，所述高速机动目标运动模型为：对于运动目标，目标与雷达之间的距离是随着慢时间t
m
时变的，可表示为t
m
的多项式函数，对其做泰勒级数展开表示为：其中，P为目标运动阶数，α
p
为第p阶运动参数；若保留泰勒级数的前四项，即取P＝3，则上式可简化为：
式中，R(t
m
)表示在第m个脉冲重复周期内目标与雷达之间的距离，R0表示目标的初始斜距，v为目标径向速度，a为目标径向加速度；所述基带回波数据为：其中，σ0表示目标的反射系数，为矩形窗函数，T
p
为矩形脉冲宽度，B为调制带宽，为调频率，f
c
为载波频率，j为虚数单位，c为电磁波在空气中的传播速度；令t
m
＝mT
r
(m＝0,1,...,N
‑
1)表示慢时间，T
r
为脉冲重复间隔，N为总的积累脉冲数。3.根据权利要求1所述的基于长时间积累的临空高速目标检测方法，其特征在于，步骤3中，所述目标运动速度的估计过程为：3.1，将探测目标的最大可能飞行速度为搜索遍历的最大速度v
max
；3.2，根据雷达系统参数确定速度的最大搜索遍历间隔
△
v，在进行速度搜索时，当搜索速度v
s
与目标真实速度v相匹配时，有如下关系式：|v
‑
v
s
|≤
△
v
s
/2其中，
△
v
s
为速度搜索间隔；当搜索速度v
s
与目标的真实速度v相匹配时，使用频域相位补偿进行距离走动校正后，第一个回波脉冲峰值与最后一个回波脉冲峰值之间的距离不能超过一个距离单元，即满足以下关系：其中，Q表示分段后每一段中的脉冲个数，c为光速，B为信号带宽，T
r
为脉冲重复周期；因为搜索到的速度与目标的真实速度相差为
△
v
s
/2，经过补偿后，第k段回波信号剩余速度引起的距离走动为：其中，R
res
＝c/2B，为距离分辨单元；进一步为了保证段间的距离定位，则需要将搜索间隔缩小M
‑
1倍，那么速度的最大搜索间隔设置为
△
v＝c/(QBT
r
)/(M
‑
1)；3.3，根据步骤3.1和3.2确定速度的搜索遍历范围为：[
‑
v
max
,
‑△
v]∪[
△
v,v
max
]；3....

【专利技术属性】
技术研发人员：曹运合，贺靖，刘帅，余尚江，陈晋央，王蒙，王从思，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防工程研究院工程防护研究所，
类型：发明
国别省市：