一种基于短时傅里叶变换数据的时差快速预测方法技术

本发明专利技术公开的一种基于短时傅里叶变换数据的时差快速预测方法，属于雷达目标探测信号处理领域。本发明专利技术通过直接利用回波信号预处理时的短时傅里叶变换所得到的频谱信号进行时差快速预测，在处理流程上直接省去将回波时域信号变到频域步骤。当雷达系统探测到有效目标时，将预处理过程得到的两路频谱信号矩阵进行恒虚警检测后进行时频域复乘；再复乘所得的时频域信号矩阵沿着时间维进行叠加操作；将叠加所得到列信号进行快速逆傅里叶变换，实现多部被动雷达侦测接收信号时差快速预测。本发明专利技术充分利用被动雷达系统短时傅里叶变换信号预处理过程所得的频谱信号，在保证相同准确度的前提下，不仅简化信号处理流程，还降低运算量，提高目标定位的效率。高目标定位的效率。高目标定位的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于短时傅里叶变换数据的时差快速预测方法


[0001]本专利技术涉及一种基于短时傅里叶变换数据的时差快速预测方法，属于雷达目标探测信号处理领域。

技术介绍

[0002]对空中未知目标的探测与定位在现代雷达常规防空任务中具有重要意义。经过多年的研究，雷达对空目标探测与定位技术已取得了长足发展，各种军民雷达已被广泛应用。针对主动雷达，目前常用的测量雷达与目标之间距离的方法主要是通过回波相对于发射信号的延迟。根据雷达发射信号的不同，测定延迟时间通常可以采用脉冲法、频率法和相位法。针对被动雷达，由于被动雷达不发射信号只接收信号，无法得知电磁波离开目标的时间，难以直接计算出目标与接收站之间的距离，所以被动雷达测距一般需要多个观测站测量值来实现。常用的方法是利用多接收站同时测量空中目标发射电磁波信号的信号到达时间差来完成。多站时差定位法又称双曲线定位，已经成为现代无源定位技术中最具有发展前景的定位方法。另外，与主动雷达相比，被动雷达具有良好的四抗特性：对低空/超低空入侵目标检测能力，综合性电子干扰能力，对隐身目标的检测能力和抗反辐射导弹能力。此外，由于被动雷达利用探测空域已存在的辐射源信号，无需高功率发射机，只需要配备相应地接收设备，设备量小、成本低。因此，利用被动雷达对空中未知目标进行探测与定位成为当下研究的热点，且被广泛应用于机场、城市空中监视以及对重要地区的空域防御等。
[0003]目标发射电磁波信号到达两个侦测接收站的时间差构成一个双曲面(线)，多个双曲面(线)相交即可得到目标的位置。在这种定位方法中面临的一个主要问题是：能否对多站之间侦测接收信号进行快速时差计算，时差计算是目标定位过程中极其重要的一步。在被动雷达进行侦测空中电磁波信号过程中，雷达系统信号预处理步骤是对侦测接收到的电磁波信号通过短时傅里叶变换进行频谱分析，若发现频谱中存在特征信号(如步进频信号等)，即可判定存在空中目标活动。常规的雷达系统发现未知空中目标后会采取如下步骤进行时差计算，以两部被动雷达接收信号之间的时差求解为例：(1)将侦测接收到的两站时域信号进行快速傅里叶变换(FFT)，将时域信号转换至频域；(2)将两路频域信号进行频域相乘；(3)将频域相乘得到的信号进行快速逆傅里叶变换(IFFT)，完成快速时差计算。在此过程中，过程较为复杂，数据运算量巨大，耗费雷达系统有限的计算资源。因此，如何对侦测接收的电磁波信号进行快速时差计算是一个难点，需要展开研究，以提高雷达对未知空中目标快速定位的性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开的一种基于短时傅里叶变换数据的时差快速预测方法的目的是：提供一种基于短时傅里叶变换的多部被动雷达侦测接收信号的时差快速预测方法，充分利用被动雷达系统短时傅里叶变换信号预处理过程所得的频谱信号，在保证相同准确度的前提下，简化信号处理流程，降低运算量，实现被动雷达对空中未知目标的快速定位。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0006]本专利技术公开的一种基于短时傅里叶变换数据的时差快速预测方法，通过直接利用回波信号预处理时的短时傅里叶变换所得到的频谱信号进行时差快速预测。当雷达系统探测到有效目标时，将预处理过程得到的两路频谱信号矩阵进行恒虚警检测后进行时频域复乘；再复乘所得的时频域信号矩阵沿着时间维进行叠加操作；将叠加所得到列信号进行快速逆傅里叶变换，完成时差快速预测。本专利技术充分利用被动雷达系统短时傅里叶变换信号预处理过程所得的频谱信号。与传统时差计算方法相比，在保证相同准确度的前提下，不仅简化信号处理流程，还降低运算量，提高目标定位的效率。
[0007]本专利技术公开的一种基于短时傅里叶变换数据的时差快速预测方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一：对采集到的两部雷达侦测到的回波信号s1(m)和s2(m)进行预处理操作和频谱监测，利用被动雷达系统短时傅里叶变换信号预处理过程所得的频谱信号进行频谱监测，对得到的两路频谱信号矩阵进行频谱分析，若频谱信号矩阵存在特征信号，则判断存在空中目标，进行步骤二。
[0009]步骤1.1：对侦测信号进行预处理操作，即基于短时傅里叶变换将两部雷达时域信号转变为时频域信号，分别对应得到S1(n,f)和S2(n,f)时频谱矩阵。
[0010]步骤1.2：若发现信号频谱中存在特征信号，即判定存在空中目标活动，则转至步骤二。
[0011]步骤1.3：若未发现信号频谱中存在特征信号，则继续进行频谱监测。
[0012]步骤1.2所述特征信号包括且不限于步进频信号、跳频信号、线性调频信号等。
[0013]步骤二：利用步骤一回波信号预处理时的短时傅里叶变换所得到的两路频谱信号矩阵S1(n,f)和S2(n,f)，进行恒虚警检测，保留超过门限的频谱信号矩阵数据，未超过门限的频谱信号数据置零，这样可以大大减少计算量。得到新的频谱矩阵S1(n,f)和S2(n,f)，并进行时频域复乘得到时频域复乘的时频域信号矩阵S
12
(n,f)。无需对两部雷达侦测到的时域回波信号转换为频域信号，而是直接对短时傅里叶变换后的频谱信号矩阵进行操作。
[0014]步骤2.1：进行恒虚警检测。根据雷达系统和环境噪声影响对检测门限进行合理估值，利用该门限对步骤一得到的两路频谱信号矩阵数据进行恒虚警检测，仅保留超过门限的频谱信号矩阵数据，对未超过门限的频谱信号矩阵数据进行置零操作，即得到新的频谱矩阵S1(n,f)和S2(n,f)。
[0015]步骤2.2：执行复共轭相乘运算。对S1(n,f)做复共轭运算得到S
1*
(n,f)，再将S
1*
(n,f)与S2(n,f)频谱矩阵对应位置元素相乘，得到S
12
(n,f)。
[0016][0017]步骤三：对步骤二所得的时频域信号矩阵沿着时间维进行叠加操作，将叠加所得到列信号进行快速逆傅里叶变换，计算得到两部雷达时差结果，即基于短时傅里叶变换数据实现两部被动雷达侦测接收信号时差快速预测。
[0018]步骤3.1：对S
12
(n,f)频谱矩阵进行沿着时间维进行叠加操作，得到S
12
(f)序列。
[0019]步骤3.2：对S
12
(f)进行快速逆傅里叶变换，得到序列r
12
(n)。序列r
12
(n)的峰值所对应的时间为雷达接收站2相对于雷达接收站1的时差，即基于短时傅里叶变换数据实现两部被动雷达侦测接收信号时差快速预测。
[0020]步骤四：基于步骤一至步骤三，在实现两部被动雷达侦测接收信号时差快速预测基础上，进一步实现实现多部被动雷达侦测接收信号时差快速预测。
[0021]有益效果：
[0022]1.与常规方法相比，本专利技术公开的一种基于短时傅里叶变换数据的时差快速预测方法，直接使用基于短时傅里叶变换的雷达侦测回波信号频谱，在处理流程上直接省去将回波时域信号变到频域步骤，能够显著简化雷达信号处理流程，提高计算效率。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于短时傅里叶变换数据的时差快速预测方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：对采集到的两部雷达侦测到的回波信号s1(m)和s2(m)进行预处理操作和频谱监测，利用被动雷达系统短时傅里叶变换信号预处理过程所得的频谱信号进行频谱监测，对得到的两路频谱信号矩阵进行频谱分析，若频谱信号矩阵存在特征信号，则判断存在空中目标，进行步骤二；步骤二：利用步骤一回波信号预处理时的短时傅里叶变换所得到的两路频谱信号矩阵S1(n,f)和S2(n,f)，进行恒虚警检测，保留超过门限的频谱信号矩阵数据，未超过门限的频谱信号数据置零，这样可以大大减少计算量；得到新的频谱矩阵S1(n,f)和S2(n,f)，并进行时频域复乘得到时频域复乘的时频域信号矩阵S
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(n,f)；无需对两部雷达侦测到的时域回波信号转换为频域信号，而是直接对短时傅里叶变换后的频谱信号矩阵进行操作；步骤三：对步骤二所得的时频域信号矩阵沿着时间维进行叠加操作，将叠加所得到列信号进行快速逆傅里叶变换，计算得到两部雷达时差结果，即基于短时傅里叶变换数据实现两部被动雷达侦测接收信号时差快速预测。2.如权利要求1所述的一种基于短时傅里叶变换数据的时差快速预测方法，其特征在于：还包括步骤四，基于步骤一至步骤三，在实现两部被动雷达侦测接收信号时差快速预测基础上，进一步实现实现多部被动雷达侦测接收信号时差快速预测。3.如权利要求1或2所述的一种基于短时傅里叶变换数据的时差快速预测方法，其特征在于：步骤一实现方法为，步骤1.1：对侦测信号进行预处理操作，即基于短时傅里叶变换将两部雷达时域信号转变为时频域信号，分别对应得到S1(n,f)和S2(n,f)时频谱矩阵；步骤1.2：若...

【专利技术属性】
技术研发人员：单涛，王志，陶然，冯远，乔幸帅，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：