星载GNSS-S雷达的目标检测方法技术

本发明专利技术涉及一种星载GNSS

【技术实现步骤摘要】
星载GNSS
‑
S雷达的目标检测方法


[0001]本专利技术涉及星载雷达目标探测
，尤其涉及一种利用星载GNSS
‑
S雷达的舰船目标长时间相参处理方法实现的星载GNSS
‑
S雷达的目标检测方法。

技术介绍

[0002]全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)的全球覆盖特性，可为大范围海面目标的长时间稳定观测提供可靠信号来源，以其作为辐射源构成的雷达系统在海面大范围监测方向具有应用潜力。星载GNSS散射信号探测(Global Navigation Satellite System
–
Scatter，GNSS
‑
S)雷达通过在低轨星座搭载雷达接收机，接收导航卫星信号的舰船目标散射信号，可以实现对全球范围的海面舰船目标近实时监测。相比于传统光学探测技术，星载GNSS
‑
S雷达具有全天时、全天候的探测优势；相比于传统雷达探测技术，星载GNSS
‑
S雷达具有成本低、高隐蔽、抗干扰能力强等优势。
[0003]由于传播距离远，GNSS信号在地面功率密度极低，约为
‑
135dBW/m2,再经过舰船目标散射到达雷达接收机的信号非常弱，远远小于噪声的功率水平，这给星载GNSS
‑
S雷达的舰船目标探测造成困难。现有技术虽然在星载GNSS
‑
S雷达的舰船目标探测方面有一定研究，但是受限于目标的运动复杂度。

技术实现思路

[0004]为克服上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种星载GNSS
‑
S雷达的目标检测方法。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]本专利技术提供一种星载GNSS
‑
S雷达的目标检测方法，通过在低轨卫星上搭载GNSS
‑
S雷达接收机，接收GNSS导航卫星的舰船目标散射信号，该散射信号的信杂噪比(SCNR)极低，采用长时间相参积累技术可以提升目标散射信号的SCNR，实现舰船目标的可靠检测。GNSS具备全天时、全天候的全球覆盖优势，为舰船目标观测提供长时间连续照射条件；利用低轨GNSS
‑
S雷达相控阵天线波束形成技术，实现对同一海面区域的长时间凝视。建立星载GNSS
‑
S双站雷达的运动目标回波模型，采用并行遗传算法的长时间相参积累处理方法，快速搜索舰船目标的精确相对运动参数，补偿相对高速运动引起的跨距离单元与跨多普勒单元走动，进而实现星载GNSS
‑
S双站雷达的运动舰船目标极弱信号的长时间相参积累，提升舰船目标的SCNR。与传统的长时间相参积累处理方法相比，该方法可用于多目标、复杂运动目标场景，且具有时效性高、积累性能好的优势。
[0007]有益效果：
[0008]根据本专利技术的方案，通过构建星载GNSS
‑
S双站雷达的运动目标回波模型，在此模型基础上，利用基于并行遗传算法的长时间相参积累处理技术获取目标的相对运动参数，并结合已知的导航卫星及GNSS
‑
S雷达的运动信息，解算获得运动目标的精确动态位置信息及运动参数。采用基于并行遗传算法的长时间相参积累技术，可以快速搜索目标的相对运
动参数，补偿高速相对运动引起的跨距离单元及跨多普勒单元走动，实现极弱目标信号的长时间相参积累，适用于多目标、复杂运动形式的场景。同时，多处理核并行处理方法的使用使该技术具有高计算效率及高积累性能，具备几十秒量级的长时间相参处理能力，适合处理极弱目标信号。
附图说明
[0009]图1示意性表示本专利技术实施例提供的一种星载GNSS
‑
S雷达的目标检测方法流程图；
[0010]图2示意性表示本专利技术实施例提供的一种星载GNSS
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S雷达的目标检测方法中星载GNSS
‑
S雷达系统的结构图；
[0011]图3示意性表示本专利技术实施例提供的一种星载GNSS
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S雷达的目标检测方法的空间三维坐标图；
[0012]图4示意性表示本专利技术实施例提供的基于并行遗传算法的长时间相参积累处理方法的具体实现流程图。
具体实施方式
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本专利技术的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
[0015]本实施例的星载GNSS
‑
S雷达，用于对全球、全天候、全天时的海面舰船目标进行探测。参见图2，星载GNSS
‑
S雷达主要是在低轨卫星上搭载GNSS
‑
S雷达接收机。GNSS
‑
S雷达接收机上配备两副天线，分别为参考天线和监视天线。其中，参考天线指向GNSS导航卫星，接收GNSS导航卫星的直达信号，构成参考信号，用来实现GNSS导航卫星与雷达接收机之间的信号同步。监视天线指向地面，接收GNSS导航卫星的舰船目标散射信号，构成目标信号，用来实现舰船目标的探测。在多颗导航卫星中，选用与雷达接收机位于探测区域同一侧的GNSS导航卫星作为雷达信号源，形成后向散射探测系统以降低海杂波能量，抑制海杂波散射强度，对舰船目标进行探测。
[0016]进一步地，直达信号作为参考信号，用来实现GNSS导航卫星与雷达接收机之间的信号同步的过程包括：对所接收到的GNSS导航卫星的直达信号，提取其中的时延、多普勒、相位及导航码信息，并获取GNSS
‑
S雷达及GNSS导航卫星的实时位置信息；根据测距码码长所对应的时长为等效脉冲重复周期，对接收到的连续直达信号和目标信号进行时域二维划分；以直达信号为参考信号，将目标信号与参考信号进行互相关处理，实现回波信号的距离向脉冲压缩。
[0017]进一步地，监视天线指向地面以接收舰船目标的散射信号，用来实现舰船目标探测的过程包括：监视天线采用相控阵天线波束形成技术，实现对同一海面区域的长时间凝视，为目标信号的方位向长时间相参积累处理提供条件。
[0018]参见图1，本实施例的星载GNSS
‑
S雷达的目标检测方法，包括以下步骤：
[0019]将GNSS
‑
S雷达搭载在低轨卫星上，接收GNSS导航卫星的舰船目标后向散射信号，对舰船目标进行探测；
[0020]构建星载GNSS
‑
S双站雷达的运动舰船目标回波模型；
[0021]采用基于并行遗传算法的长时间相参积累处理方法，快速搜索舰船目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载GNSS
‑
S雷达的目标检测方法，包括：将GNSS
‑
S雷达搭载在低轨卫星上，接收GNSS导航卫星的目标后向散射信号，对目标进行探测；构建星载GNSS
‑
S双站雷达的运动目标回波模型；采用基于并行遗传算法的长时间相参积累处理方法，快速搜索目标的相对运动参数，并对目标后向散射信号进行长时间相参积累；根据目标后向散射信号的长时间积累结果，解算目标的位置及运动参数；采用卡尔曼滤波技术，剔除虚假目标，实现对目标的长时间跟踪。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述星载GNSS
‑
S雷达的接收机包括两副天线，分别为参考天线和监视天线；所述参考天线指向GNSS导航卫星，接收GNSS导航卫星的直达信号，并作为参考信号，实现GNSS导航卫星与星载GNSS
‑
S雷达接收机之间的信号同步；所述监视天线指向地面，接收GNSS导航卫星的目标后向散射信号，并作为目标信号，实现目标的探测。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述直达信号作为参考信号，实现GNSS导航卫星与星载GNSS
‑
S雷达接收机之间的信号同步的过程包括：提取直达信号的时延、多普勒、相位及导航码信息，并获取星载GNSS
‑
S雷达及GNSS导航卫星的实时位置信息；根据测距码码长所对应的时长为等效脉冲重复周期，对接收到的连续直达信号和目标信号进行时域二维划分；以直达信号为参考信号，将目标信号与参考信号进行互相关处理，实现回波信号的距离向脉冲压缩。所述目标后向散射信号作为目标信号，实现目标探测的过程包括：监视天线采用相控阵天线波束形成技术，实现对目标所在海面区域的长时间凝视。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述星载GNSS
‑
S雷达探测目标的过程中，在多颗GNSS导航卫星中，选用与GNSS
‑
S雷达位于探测区域同一侧的GNSS导航卫星作为雷达信号源，形成后向散射探测系统。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建星载GNSS
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S双站雷达的运动目标回波模型的过程包括：建立空间三维坐标系，其中xOz平面为星载GNSS
‑
S雷达与目标之间连线、星载GNSS
‑
S雷达对地垂线构成的平面，xOy平面为地面，x轴沿星载GNSS
‑
S雷达地面投影到目标的直线方向；对星载GNSS
‑
S雷达接收到的目标后向散射信号与参考信号进行相关操作，得到经过距离向脉压后的回波信号：其中，F(
·
)为目标后向散射信号与参考信号的相关函数，c为光速，f
c
为载频，t
m
＝mT
p
为方位向时间，T
p
为脉冲重复周期，m＝1,2,
···
为脉冲序号，R(t
m
)＝R1(t
m
)+R2(t
m
)
‑
r
(t
m
)为双基距离历史，其中R1(t
m
)、R2(t
m
)、r(t
m
)分别为GNSS导航卫星与目标、星载GNSS
‑
S雷达与目标、GNSS导航卫星与星载GNSS
‑
S雷达之间的距离，分别表示为：S雷达之间的距离，分别表示为：S雷达之间的距离，分别表示为：其中，H1、H2分别为GNSS导航卫星、星载GNSS
‑
S雷达的轨道高度，L1、L2、L3分别为GNSS导航卫星地面投影与目标、星载GNSS
‑
S雷达地面投影与目标、GNSS导航卫星地面投影与星载GNSS
‑
S雷达地面投影之间的距离，V
G
、V
R
、V
b
分别为GNSS导航卫星、星载GNSS
‑
S雷达、目标的速度大小，α
G
、α
R
、α
b
∈[0,2π)分别为GNSS导航卫星的速度大小V
G
、星载GNSS
‑
S雷达的速度大小V
R
、目标的速度大小V
b
与x轴的夹角，分别为星载GNSS
‑
S雷达地面投影与目标之间连线、GNSS导航卫星地面投影与星载GNSS
‑
S雷达地面投影之间连线和x轴所夹锐角，并定义沿顺时针转向x轴时为正，反之为负。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用基于并行遗传算法的长时间相参积累处理方法，快速搜索目标的相对运动参数，并对目标后向散射信号进行长时间相参积累的过程包括：建立遗传算法的目标函数，并定义初始双基距离历史R0、相对运动速度v、相对运动加速度a、相对运动加加速度g的变量；根据实际探测场景及先验信息，定义变量的搜索范围；对变量的搜索范围进行细化，构成子区间；对各个子区间执行相同的遗传算法，分别运行于多个不同的处理核上，构成并行遗传算法；在每一个处理核上都输出一个最大的目标函数值及最优个体，根据信噪比SNR是否大于9.5dB，判断该目标函数值是否为目标相参积累结果；根据判决结果，输出目标相参积累结果及相应的相对运动参数。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述建立遗传算法的目标函数，并定义变量的过程包括：将双基距离历史R表示为三阶泰勒展开：其中，R0、v、a、g分别为初始双基距离历史、相对运动速度、相对运动加速度、相对运动加加速度；
定义遗传算法的目标函数为：其中，M为所需积累的脉冲个数，round(
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑶，夏正欢，赵志龙，张涛，高文宁，刘新，张闯，易春宏，梁银川，金世超，
申请(专利权)人：北京卫星信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：