用于谐波雷达方位高分辨探测的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于谐波雷达方位高分辨探测的方法和系统，包括：步骤1：构造解析发射信号和本地参考信号，依次沿扫描方向移动并发射相应信号；步骤2：将接收到的非线性节点再辐射信号进行调理和数字化采样，记录和分析数字化非线性节点谐波回波的相位历史；步骤3：根据相位历史估计非线性目标谐波回波的功率谱；步骤4：根据功率谱进行恒虚警与聚类分析，检测高次谐波通道上的目标。本发明专利技术提高了谐波雷达方位分辨率，解决了谐波雷达所面临的易受波束附近大量存在的非线性干扰节点再辐射信号影响的问题。响的问题。响的问题。

【技术实现步骤摘要】
用于谐波雷达方位高分辨探测的方法和系统


[0001]本专利技术涉及谐波雷达
，具体地，涉及一种用于谐波雷达方位高分辨探测的方法和系统。

技术介绍

[0002]谐波雷达通过发射经过特别设计的电磁波信号，辐射到带有半导体节点的电子目标或金属所含的的非线性节点上，由于非线性节点对激励信号具有谐波变换关系，从而在激励场的作用下产生与激励信号具有谐波关系的二次辐射场信号，通过检测高次谐波实现对各种含半导体或金属节点目标的探测。
[0003]由于生活环境中存在各种各样的电子节点与非线性金属节点，这使得采用谐波雷达对可疑目标局域进行扫描时，可受到波束内以及波束旁瓣附近存在的多种非线性节点的影响，从而影响对目标的横向分辨率，不易精确定位目标方位。
[0004]专利文献CN107064956A(申请号：CN201611012638.2)公开了一种地基太赫兹测云雷达系统及其探测方法，线性调频信号产生模块产生脉宽可调的线性调频信号，频率综合器模块产生发射激励信号和接收激励信号，太赫兹发射模块产生太赫兹发射信号，太赫兹接收模块将太赫兹回波信号转换为中频信号，中频信号接收处理模块产生基带信号，信号处理模块对基带信号进行信号处理，上位机根据信号处理模块的信号处理结果完成云观测数据反演处理。
[0005]在现有的谐波雷达探测系统中，一般采用天线方位锥削所形成的幅度加权的方法来对目标的方位位置做出判决，通常采用如下判据：
[0006]1)目标回波点的功率必须处于局部最大值，这样可以保证该回波点信号功率极大值对应天线方位极大值方向；
[0007]2)目标回波附近周围的的非期望非线性节点所辐射的二次场信号必须小于一定的值，这样可以预防目标点附近存在强干扰信号，可能会泄漏进入并对目标点形成干扰。
[0008]采用上述判据的关键在于目标回波点的功率必须对抗目标附近的非线性节点信号。传统处理方法存在着对期望的非线性目标方位定位精度不高，对目标附近的干扰非线性节点抑制效果不足的问题，由于目标信号附近的干扰节点信号总是伴随目标信号而接收到的，从而使得传统谐波雷达对非线性目标的定位方法可应用性较差。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种用于谐波雷达方位高分辨探测的方法和系统。
[0010]根据本专利技术提供的用于谐波雷达方位高分辨探测的方法，包括：
[0011]步骤1：构造解析发射信号和本地参考信号，依次沿扫描方向移动并发射相应信号；
[0012]步骤2：对接收到的非线性节点再辐射信号进行调理和数字化采样，记录和分析非
线性节点谐波回波的相位历史；
[0013]步骤3：根据相位历史估计非线性目标谐波回波的功率谱；
[0014]步骤4：根据功率谱进行恒虚警与聚类分析，检测高次谐波通道上的目标。
[0015]优选的，所述步骤1包括：
[0016]步骤1.1：使用本地振荡器产生一组角频率为[ω1，ω2，
…
，ω
Q
]的解析发射信号]的解析发射信号从观测位置x1到x
P
移动的过程中发射解析信号；
[0017]步骤1.2：根据发射信号同步构造本地参考信号，得到二次谐波参考信号的解析表达式三次谐波参考信号的解析表达式为三次谐波参考信号的解析表达式为
…
，n次谐波参考信号的解析表达式为
[0018]其中：Q表示角频率的数量共有Q组；q表示第q个角频率变量，q＝1，...，N；a表示发射信号幅度；j表示虚数单位，满足j2＝
‑
1；x0表示观测序号0对应的横坐标；t表示连续时间变量；表示第q个信号的角频率；表示第q个角频率处的二次谐波的幅度值；∑表示求和；exp表示以自然常数e为底的指数函数。
[0019]步骤1.3：依次沿扫描方向移动到观测位置x1到x
P
，依次发射P组信号。
[0020]优选的，所述步骤2包括：
[0021]对接收到的非线性节点再辐射信号进行调理并以周期T进行数字化复采样，每组观测形成N点数据向量，计算得到与双程延迟相对应的数据向量相对应的数据向量对应扫描方向的P组观测，得到P
×
N维观测矩阵：X＝{x
i
，x
i+1
，
…
x
i+P
‑1}；
[0022]其中，t1表示第1个采样周期对应的采样时刻；x1表示第1个采样周期中采样得到的数据；i表示第i个采样周期，i＝1，...，N；
[0023]对应距离r
m
处二次谐波信号相位历史的解析表达式处二次谐波信号相位历史的解析表达式三次谐波信号的解析表达式
…
，n次谐波信号的解析表达式为
[0024]其中：M表示目标的数量共有M个；m表示第m个目标，其中m＝1，...，M；表示第q个观测角频率下得到的二次谐波信号相位值；c表示光传播速度。
[0025]优选的，所述步骤3包括：
[0026]步骤3.1：对每个谐波通道的W点复采样构造列向量E
(k)
＝{1，e
jω
，
…
，e
jω(W
‑
1)
}
T
，其中，ω取π为圆周率常数，T为采样周期，N为复采样点数；
[0027]步骤3.2：对每个谐波通道R计算N个复相位信号序列E
(k)
的自相关矩阵：
[0028][0029]其中，r(i)是输入相位序列的自相关矩阵，表达式为：
[0030][0031]步骤3.3：计算第k个通道N个复相位信号序列E
k
的功率谱
[0032]其中：x(g)表示第g次观测处的横坐标；E
H
表示复相位信号序列E的复共轭转置；上标H表示复共轭转置；E
k
表示第k个谐波通道接收到的复相位信号矩阵；上标k表示第k个谐波通道。
[0033]优选的，所述步骤4包括：
[0034]步骤4.1：对得到的高次谐波功率谱P
(k)
(m)，依据恒虚警准则形成检验统计量，依据该量对相应谱位置上的目标的存在与否进行判决，并形成具有s个元素的判决向量U＝{u1，
…
，u
s
‑1}，其中，u表示判决量，U表示判决量u组成的判决向量；
[0035]步骤4.2：依据恒虚警判决向量中待聚合元素之间的欧氏距离进行目标簇聚合，每个待聚合点对其余点的距离向量为D
j
＝{d1，
…
，d
s
}，其中，d
i
＝U
e
‑
U
h
，e≠h，i∈[1，
…
，s]，则一个簇表示为I
c
＝{I
i
，
…
，I<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于谐波雷达方位高分辨探测的方法，其特征在于，包括：步骤1：构造解析发射信号和本地参考信号，依次沿扫描方向移动并发射相应信号；步骤2：对接收到的非线性节点再辐射信号进行调理和数字化采样，记录和分析非线性节点谐波回波的相位历史；步骤3：根据相位历史估计非线性目标谐波回波的功率谱；步骤4：根据功率谱进行恒虚警与聚类分析，检测高次谐波通道上的目标。2.根据权利要求1所述的用于谐波雷达方位高分辨探测的方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤1.1：使用本地振荡器产生一组角频率为[ω1，ω2，
…
，ω
Q
]的解析发射信号]的解析发射信号从观测位置x1到x
P
移动的过程中发射解析信号；步骤1.2：根据发射信号同步构造本地参考信号，得到二次谐波参考信号的解析表达式三次谐波参考信号的解析表达式为三次谐波参考信号的解析表达式为次谐波参考信号的解析表达式为其中：Q表示角频率的数量共有Q组；q表示第q个角频率变量，q＝1，...，N；a表示发射信号幅度；j表示虚数单位，满足j2＝
‑
1；x0表示观测序号0对应的横坐标；t表示连续时间变量；表示第q个信号的角频率；表示第q个角频率处的二次谐波的幅度值；∑表示求和；exp表示以自然常数e为底的指数函数。步骤1.3：依次沿扫描方向移动到观测位置x1到x
P
，依次发射P组信号。3.根据权利要求2所述的用于谐波雷达方位高分辨探测的方法，其特征在于，所述步骤2包括：对接收到的非线性节点再辐射信号进行调理并以周期T进行数字化复采样，每组观测形成N点数据向量，计算得到与双程延迟相对应的数据向量相对应的数据向量对应扫描方向的P组观测，得到P
×
N维观测矩阵：X＝{x
i
，x
i+1
，
…
x
i+P
‑1}；其中，t1表示第1个采样周期对应的采样时刻；x1表示第1个采样周期中采样得到的数据；i表示第i个采样周期，i＝1，...，N；对应距离r
m
处二次谐波信号相位历史的解析表达式处二次谐波信号相位历史的解析表达式三次谐波信号的解析表达式次谐波信号的解析表达式为其中：M表示目标的数量共有M个；m表示第m个目标，其中m＝1，...，M；表示第q个观测角频率下得到的二次谐波信号相位值；c表示光传播速度。4.根据权利要求3所述的用于谐波雷达方位高分辨探测的方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤3.1：对每个谐波通道的W点复采样构造列向量E
(k)
＝{1，e
jω
，
…
，e
jω(W
‑
1)
}
T
，其中，ω取π为圆周率常数，T为采样周期，N为复采样点数；
步骤3.2：对每个谐波通道R计算N个复相位信号序列E
(k)
的自相关矩阵：其中，r(i)是输入相位序列的自相关矩阵，表达式为：步骤3.3：计算第k个通道N个复相位信号序列E
k
的功率谱其中：x(g)表示第g次观测处的横坐标；E
H
表示复相位信号序列E的复共轭转置；上标H表示复共轭转置；E
k
表示第k个谐波通道接收到的复相位信号矩阵；上标k表示第k个谐波通道。5.根据权利要求4所述的用于谐波雷达方位高分辨探测的方法，其特征在于，所述步骤4包括：步骤4.1：对得到的高次谐波功率谱P
(k)
(m)，依据恒虚警准则形成检验统计量，依据该量对相应谱位置上的目标的存在与否进行判决，并形成具有s个元素的判决向量U＝{u1，
…
，u
s
‑1}，其中，u表示判决量，U表示判决量u组成的判决向量；步骤4.2：依据恒虚警判决向量中待聚合元素之间的欧氏距离进行目标簇聚合，每个待聚合点对其余点的距离向量为D
j
＝{d1，
…
，d
s
}，其中，d
i
＝U
e
‑
U
h
，e≠h，i∈[1，
…
，s]，则一个簇表示为I
c
＝{I
i
，
…
，I
i+V
‑1}，其距离满足{d
i
≤ε，
…
，d
V
‑1≤ε}，ε的选择主要根据功率谱的分辨率来决定，功率谱分辨率越高，ε也就越小，经过功率加权目标簇聚合得到第k次谐波接收通道的目标信息，经过目标簇聚合之后，接收谐波信号成为目标聚合簇；其中，U
e
表示第e个判决向量；d0表示第0个聚合点对其余点的距离量；e、h分别表示判决向量的序号e和h；下标V表示共有V个目标簇；ε表示在给定功率谱分辨率下的元素间欧氏距离门限。6.一种用于谐波雷达方...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷杰，姜和俊，罗朝鹏，吴美武，唐云峰，刘恩晓，
申请(专利权)人：上海微波技术研究所中国电子科技集团公司第五十研究所，
类型：发明
国别省市：