基于T-IAA的目标多普勒频率估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于T

【技术实现步骤摘要】
基于T
‑
IAA的目标多普勒频率估计方法


[0001]本专利技术属于雷达
，更进一步涉及雷达参数估计
中的一种基于变换迭代自适应算法T
‑
IAA(Transformed Iterative Adaptive Approach)的目标多普勒频率估计方法。本专利技术可用于对脉冲多普勒雷达接收信号进行目标多普勒频率估计。

技术介绍

[0002]多普勒频率估计技术是利用雷达接收的不同信号之间的相位关系，解算具有一定速度的运动目标的多普勒频率，获取该目标的速度信息，为下一步进行目标追踪和定位提供依据。多普勒频率估计的方法主要是由基于快速傅里叶变换算法和基于相关运算算法这两大算法实现的。基于快速傅里叶变换的算法根据接收信号确定匹配滤波器的频响特性，由施瓦尔兹不等式可知信号越强的频率点，滤波器放大倍数也越大，所以对接收信号和空间中每一个频率点处的导频矢量作内积，获得幅频特性曲线，峰值处对应的多普勒频率即目标的多普勒频率。基于相关运算的算法根据不同的代价函数对接收信号的协方差矩阵进行处理，通过有限次迭代直至相邻两次权向量矩阵的差值收敛为零，获得算法的功率谱，峰值处对应的多普勒频率即目标的多普勒频率。
[0003]程院兵等人在其发表论文“基于多维范德蒙德结构的双基地MIMO雷达收发角及多普勒频率联合估计”(电子与信息学报，2018，40(9)：2258
‑
2264)中提出一种在双基地MIMO雷达中基于参数流型矩阵的多维范德蒙德结构特征估计雷达收发角及多普勒频率的三维参数联合估计方法。该方法的步骤是，第一步，根据回波模型的多维结构特性构造3阶张量；第二步，沿发射维、接收维和脉冲维切片得到3个等效矩阵；第三步，结合多维范德蒙德结构特征和等效矩阵的左奇异矩阵具有Khatri
‑
Rao乘积结构特征，估计收发阵列流型矩阵和多普勒流型矩阵；第四步，通过Root
‑
MUSIC算法估计收发角和多普勒频率。该方法存在的不足之处是，Root
‑
MUSIC算法中需要对接收信号的协方差矩阵进行特征分解，计算量大，算法复杂度高，工程实现的实时性差。
[0004]桂林电子科技大学在其申请的专利文献“一种改进PMF
‑
FFT系统多普勒频率估计精度的方法”(申请号：202110441079.1申请日：2021.04.23申请公布号：CN 113253313A)中公开了一种在PMF
‑
FFT系统中对多普勒频率估计的方法。该方法的实现步骤是，首先对匹配滤波器的输出进行一倍补零，作2N点的傅里叶变换；其次，选取频域信号幅度的峰值的频域位置坐标，通过Quinn算法判断插值方向，获得谱线插值搬移的移动量；最后，计算得出多普勒频率估计值，降低频偏估计误差。但是，该方法仍然存在的不足之处是，该方法在PMF
‑
FFT系统中仅进行离散傅里叶变换，并依据离散傅里叶变换频谱得到目标多普勒频率的估计值，在低信噪比的情况下，当信号频率靠近离散傅里叶变换的量化频率时，Quinn算法估计误差较大，分辨率低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种基于T
‑
IAA的目标多普勒频
率估计方法，用于解决现有技术中Root
‑
MUSIC算法计算量大和算法复杂度高造成目标多普勒频率估计性能差的问题，以及Quinn算法估计误差较大，分辨率低的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的思路是：本专利技术通过确定接收信号并对多普勒频率空间均匀网格化，获得接收信号和每一个频率网格点对应的导频矢量并对其进行离散傅立叶变换。根据离散傅里叶变换的频谱确定目标多普勒频率的范围，设置变换矩阵，形成小于接收信号脉冲总数的通道，使得传统的迭代自适应算法中求逆矩阵的维度降低，减小了算法计算量和系统复杂度，解决了Root
‑
MUSIC算法计算量大和算法复杂度高的问题，便于工程实现。本专利技术对接收信号和空间内每一个频率网格点处的导频矢量进行变换处理，实现从脉冲域到多普勒域的转变，以便在多普勒域按照迭代自适应算法的步骤进行信号处理，由此避免了在低信噪比时Quinn算法估计误差较大，分辨率低的问题，由于迭代自适应算法具有稳健性强、超分辨的特点，从而提高了目标多普勒频率的分辨能力。接收信号经过变换处理再应用迭代自适应算法，这一过程形成了T
‑
IAA用以估计目标多普勒频率。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案包括如下步骤：
[0008]步骤1，将多普勒频率空间均匀网格化生成导频矢量集：
[0009]依据接收信号的脉冲重复周期T
r
确定网格点的数目及间隔，将多普勒频率空间均匀网格化，生成导频矢量集A(f)，其中，T
r
的取值由脉冲多普勒雷达参数确定；
[0010]步骤2，确定待估计目标多普勒频率的范围：
[0011]将接收信号y与导频矢量集A(f)作内积，得到离散傅里叶变换的频谱，根据频谱确定目标多普勒频率的范围；
[0012]步骤3，设置变换矩阵T：
[0013]在目标多普勒频率的范围内，形成小于接收信号脉冲总数M的B个通道，每个通道的中心频率f
T
＝[f
m
,f
m+1
,...,f
m+B
]，f
m
为目标多普勒频率范围的最小值，f
m+B
为目标多普勒频率范围的最大值，利用公式，设置变换矩阵T，其中，f
r
为接收信号的脉冲重复频率，f
r
＝1/T
r
，e
(
·
)
为以自然常数e为底的指数操作，j为虚数单位符号，π为圆周率，d为接收信号的脉冲位置矢量，d＝[0,1,...,M
‑
1]T
，M为接收信号的脉冲总数；
[0014]步骤4，对接收信号和导频矢量集进行变换处理：
[0015]按照公式：y'＝T
H
y，A'(f)＝T
H
A(f)，对接收信号y和导频矢量集A(f)分别进行从脉冲域到多普勒域的变换处理，其中，y'为变换后的接收信号，(
·
)
H
为共轭转置操作，A'(f)为变换后的导频矢量集；
[0016]步骤5，利用迭代自适应算法进行目标多普勒频率估计：
[0017]采用迭代自适应算法，对变换处理后的数据y'、A'(f)在多普勒域进行信号处理，获取IAA功率谱，将每个IAA功率谱峰值对应的多普勒频率作为各自目标多普勒频率的估计值。
[0018]本专利技术与现有技术相比有以下优点：
[0019]第1，本专利技术通过设置变换矩阵，形成小于接收信号脉冲总数的通道，对接收信号和空间内每一个频率网格点处的导频矢量进行变换处理，克服了Roo本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于T
‑
IAA的目标多普勒频率估计方法，其特征在于，设置变换矩阵，接收信号利用设置的变换矩阵经过变换处理后，再应用迭代自适应算法对目标进行多普勒频率估计；该频率估计方法具体步骤包括如下：步骤1，将多普勒频率空间均匀网格化生成导频矢量集：依据接收信号的脉冲重复周期T
r
确定网格点的数目及间隔，将多普勒频率空间均匀网格化，生成导频矢量集A(f)，其中，T
r
的取值由脉冲多普勒雷达参数确定；步骤2，确定待估计目标多普勒频率的范围：将接收信号y与导频矢量集A(f)作内积，得到离散傅里叶变换的频谱，根据频谱确定目标多普勒频率的范围；步骤3，设置变换矩阵T：在目标多普勒频率的范围内，形成远小于接收信号脉冲总数M的B个通道，每个通道的中心频率f
T
＝[f
m
,f
m+1
,...,f
m+B
]，f
m
为目标多普勒频率范围的最小值，f
m+B
为目标多普勒频率范围的最大值，利用公式，设置变换矩阵T，其中，f
r
为接收信号的脉冲重复频率，f
r
＝1/T
r
，e
(
·
)
为以自然常数e为底的指数操作，j为虚数单位符号，π为圆周率，d为接收信号的脉冲位置矢量，d＝[0,1,...,M
‑
1]
T
，M为接收信号的脉冲总数；步骤4，对接收信号和导频矢量集进行变换处理：按照公式：y'＝T
H
y，A'(f)＝T
H
A(f)，对接收信号y和导频矢量集A(f)分别进行从脉冲域到多普勒域的变换处理，其中，y'为变换后的接收信号，(
·
)

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永波，李淑玉，牛奔，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：