一种基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法技术

本发明专利技术属于雷达信号处理技术领域，公开了一种基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法，所述基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法包括：通过对回波进行CWD时频分析，得到时频分布图；去除不可导点，并按列提取时频分析矩阵最大值得到多普勒频移曲线，再通过最小二乘法得到多普勒频移曲线斜率；根据多普勒频移与加速运动目标参数之间的关系，估计运动目标的平动加速度、初速度、加速度变化系数和自旋加速度、初速度、加速度变化系数及初相。本发明专利技术较大地扩展了加速运动目标自旋加速度的检测最小值，也更加符合低空慢速目标运动实际。本发明专利技术提出了一种分离多散射点的方法，将可应用于多散射点场景。将可应用于多散射点场景。将可应用于多散射点场景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法


[0001]本专利技术属于雷达信号处理
，尤其涉及一种基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法。

技术介绍

[0002]现有的运动目标检测技术主要以匀速运动为主，对做匀加速或变加速运动目标的检测技术较少，目前已发表的成果有：现有技术1提出了一种基于旋转多普勒效应的自旋加速度检测技术，其中加速度的最低分辨率为84πrad/s
²
；现有技术2提出了一种基于涡旋电磁波的目标平动和自旋加速度的检测方法，当目标做匀加速运动时，在误差不大于5％的条件下的自旋加速度检测范围为[30π,210π]；当目标做变加速运动时，在误差不大于10％的条件下的自旋加速度变化系数检测范围为[190π,400π]。但该方法采用同时发射多模式OAM的方式解耦平动多普勒效应与旋转多普勒效应，这种方法对OAM的纯度有较高要求；且其只给出了初速度为零的情况下的实验结果，且加速度最低分辨率为30πrad/s
²
。同时，上述方法和实验主要针对自旋速度较大的单散射点目标，这限制了加速度检测方法的应用场景。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术无法检测低空慢速目标的自旋角速度、初相位、加速度、加速度变化系数等参数；现有的参数估计方法估计的结果不准确，且无法应用于实际场景即多散射点场景中。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法。
[0005]本专利技术是这样实现的，一种基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法，所述基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法包括：首先，通过对回波进行CWD时频分析，得到时频分布图；去除不可导点，并按列提取时频分析矩阵最大值得到多普勒频移曲线，再通过最小二乘法得到多普勒频移曲线斜率；其次，根据多普勒频移与加速运动目标参数之间的关系，估计运动目标的平动加速度、初速度、加速度变化系数和自旋加速度、初速度、加速度变化系数及初相位。
[0006]进一步，所述基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法包括以下步骤：步骤一，利用均匀圆形阵列天线发射探测信号，根据发射的探测信号与运动目标的平动加速度、自旋加速度参数建立目标回波方程并进行差频处理；步骤二，对回波信号求导，提取多普勒频移，对回波信号进行CWD时频分析，得到时频图中的多普勒频移曲线的斜率；步骤三，判断运动目标为多散射点运动目标或单散射点运动目标；若为单散射点运动目标，则转向步骤四；若为多散射点运动目标，则转向步骤五；步骤四，基于不可导点特性与自旋运动参数之间的关系提取自旋运动参数，而后基于多普勒频移曲线斜率、自旋参数估计值，确定平动运动参数的估计值；
步骤五，估计散射点的个数，而后划分不可导点，分别估计各个散射点的自旋参数，随后结合多普勒频移斜率确定目标平动参数估计值。进一步，所述目标回波方程如下：；其中，为不可导点的横坐标，，为虚数单位，为偶极子的恒定电流密度矢量，为真空中的磁导率，为传输信号的角频率，为电偶极子长度，为UCA的半径，为阵元数目，为载波频率，表示接收天线与散射点之间的距离，为OAM模式数，为第一类阶贝塞尔函数，表示真空中的光速，和分别表示散射点的方位角和俯仰角，并且,表示某散射点处的散射强度，表示散射点，表示波数。
[0007]进一步，所述对回波信号求导，提取多普勒频移，对回波信号进行CWD时频分析，得到时频图中的多普勒频移曲线的斜率包括：首先，对回波信号求导，提取多普勒频移：当运动目标做匀加速运动时，多普勒频移计算公式如下：；其中和分别为目标平动与自旋初始速度，和分别为目标平动与自旋加速度。
[0008]当运动目标做变加速运动时，多普勒频移计算公式如下：；其中和分别为目标平动与自旋加速度变化系数。
[0009]其次，对回波信号进行CWD时频分析，得到时频图中的多普勒频移曲线的斜率k、k1：匀加速：；变加速：；
对k1求导可得：；进一步，所述提取多普勒频移曲线中不可导点对应的横坐标，基于不可导点的横坐标与方位角之间的关系式计算自旋加速度、初速度、初相的估计值包括：当运动目标做匀加速自旋时，不可导点的横坐标与方位角之间的关系式如下：；其中表示自旋加速度，为自旋初始速度，为目标初始相位，t1，t2，t
3，
t4表示各个散射点的不可导点的横坐标。
[0010]当运动目标做变加速自旋时，不可导点的横坐标与方位角之间的关系式如下：；自旋加速度、初速度、初相的估计值计算公式如下：
；所述平动加速度、加速度变化系数的估计值计算公式如下：，其中为变加速条件下，当取0时的多普勒频移值。
[0011]进一步，所述估计散射点的个数包括：计算各个散射点不可导点的横坐标，并基于各个散射点不可导点的横坐标之间的距离关系或不可导点值的变化范围区别多普勒频移图中各个不可导点，计算散射点的个数。
[0012]本专利技术的另一目的在于提供一种应用于所述基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法的基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计系统，所述基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计系统包括：目标回波方程构建模块，用于利用均匀圆形阵列天线发射探测信号，根据发射的探测信号与运动目标的平动加速度、自旋加速度参数建立目标回波方程并进行差频处理；回波信号处理模块，用于对回波信号求导，提取多普勒频移，对回波信号进行CWD时频分析，得到时频图中的多普勒频移曲线的斜率；运动参数计算模块，用于提取多普勒频移曲线中不可导点对应的横坐标，基于不可导点的横坐标与方位角之间的关系式计算自旋加速度、初速度、初相的估计值；运动目标确定模块，用于判断运动目标为多散射点运动目标或单散射点运动目标；加速运动目标参数计算模块，用于基于多普勒频移曲线斜率、自旋加速度、初速
度、初相的估计值确定平动加速度、加速度变化系数的估计值；散射点计算模块，用于估计散射点的个数，进行各个散射点旋转多普勒频移的分离，并根据多普勒频率偏移量与目标各项参数之间的关系，计算目标自旋加速度参数。
[0013]本专利技术的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法的步骤。
[0014]本专利技术的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法的步骤。
[0015]本专利技术的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计系统。
[0016]结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本专利技术的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法，其特征在于，所述基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法包括：首先，通过对回波进行CWD时频分析，得到时频分布图；去除不可导点，并按列提取时频分析矩阵最大值得到多普勒频移曲线，再通过最小二乘法得到多普勒频移曲线斜率；其次，根据多普勒频移与加速运动目标参数之间的关系，估计运动目标的平动加速度、初速度、加速度变化系数和自旋加速度、初速度、加速度变化系数及初相；具体包括以下步骤：步骤一，利用均匀圆形阵列天线发射探测信号，根据发射的探测信号与运动目标的平动加速度、自旋加速度参数建立目标回波方程并进行差频处理；步骤二，对回波信号求导，提取多普勒频移，对回波信号进行CWD时频分析，得到时频图中的多普勒频移曲线的斜率；步骤三，判断运动目标为多散射点运动目标或单散射点运动目标；若为单散射点运动目标，则转向步骤四；若为多散射点运动目标，则转向步骤五；步骤四，基于不可导点特性与自旋运动参数之间的关系提取自旋运动参数，而后基于多普勒频移曲线斜率、自旋参数估计值，确定平动运动参数的估计值；步骤五，估计散射点的个数，而后划分不可导点，分别估计各个散射点的自旋参数，随后结合多普勒频移斜率确定目标平动参数估计值。2.如权利要求1所述基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法，其特征在于，所述目标回波方程如下：；其中，为不可导点的横坐标，，为虚数单位，为偶极子的恒定电流密度矢量，为真空中的磁导率，为传输信号的角频率，为电偶极子长度，为UCA的半径，为阵元数目，为载波频率，表示接收天线与散射点之间的距离，为OAM模式数，为第一类阶贝塞尔函数，表示真空中的光速，和分别表示散射点的方位角和俯仰角，并且,表示某散射点处的散射强度，表示散射点，表示波数。3.如权利要求1所述基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法，其特征在于，所述对回波信号求导，提取多普勒频移，对回波信号进行CWD时频分析，得到时频图中的多普勒频移曲线的斜率包括：首先，对回波信号求导，提取多普勒频移：当运动目标做匀加速运动时，多普勒频移计算公式如下：；
当运动目标做变加速运动时，多普勒频移计算公式如下：，其次，对回波信号进行CWD时频分析，得到时频图中的多普勒频移曲线的斜率、：匀加速：；变加速：；其中，和分别为目标平动与自旋初始速度，和分别为目标平动与自旋加速度变化系数，表示目标平动加速度，表示自旋加速度，为OAM模式数，为不可导点的横坐标，表示真空中的光速，为载波频率。4.如权利要求1所述基于涡旋电磁波雷达的加速运动目标参数估计方法，其特征在于，所述提取多普勒频移曲线中不可导点对应的横坐标，基于不可导点的横坐标与方位角之间的关系式计算自旋加速度、初速度、初相的估计值包括：当运动目标做匀加速自旋时，不可导点的横坐标t与方位角之间的关系...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永忠，张玲玲，陈怡君，谢文宣，
申请(专利权)人：中国人民武装警察部队工程大学，
类型：发明
国别省市：