海面微动目标Radon-线性正则变换长时间相参积累检测方法技术

本发明专利技术涉及海面微动目标Radon-线性正则变换(RLCT)长时间相参积累检测方法，属于雷达信号处理和检测技术领域。包括以下步骤：1)雷达回波距离向解调、脉压，完成脉内积累；2)海况及探测目标类型预判，并确定长时间相参积累参数；3)采用RLCT补偿距离和多普勒徙动，积累微动目标信号能量；4)遍历搜索参数，构建距离-RLCT域检测单元图，对其进行恒虚警检测；5)微动特征参数估计，输出运动点迹。本发明专利技术将海面目标微动特征用于目标检测，同时利用回波的幅度和相位信息进行长时间相参积累，有效补偿距离和多普勒徙动，提高积累增益，具有在强杂波中检测微动目标的能力，并能获得目标的运动点迹，具有推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达信号处理和检测
，更具体地，本专利技术涉及一种，可用于强海杂波背景下微动目标的雷达检测处理。
技术介绍
高海况条件下可靠、稳健的弱目标检测技术始终是雷达信号处理领域的难题。传统基于统计理论的目标检测方法将海杂波视为随机过程，但目标模型和杂波模型均呈多样化发展趋势，尤其是杂波分布模型，在复杂环境中往往不成立或不完全成立，这就使经典目标检测方法由于模型失配而不能取得预期的检测结果。当海面环境较为平稳时(通常低于3级海况)，海面目标与雷达的相对平动对回波的多普勒频率影响最大，坐标系的各坐标轴永远相互平行，表现为匀速运动、匀加速运动和变加速运动等。然而，由于舰船随海面波动而产生颠簸，一方面，在高海况条件下，海杂波的存在降低了回波信号的信杂比(Signal-to-Clutter Ratio, SCR);另一方面，由于风浪等环境因素的影响，也由于螺旋桨、舵等海洋运动体自身的各种推动和控制作用，会产生复杂的运动，导致姿态变化，引起雷达回波功率调制效应，导致散射点的多普勒频率随时间非线性变化。以上问题使得海杂波频谱展宽，淹没微弱目标信号，并且由于目标复杂运动，导致能量积累效果差，这些都严重降低了雷达的检测性能。近年来，随着高分辨雷达和信号处理水平的提高，微多普勒理论已成为目标探测与识别领域的重要研究方向。若目标相对于雷达存在径向运动的同时，目标或目标上的结构还伴随着微运动，会在多普勒频率附近产生边带，这种微动对雷达回波的调制称为微多普勒现象。微动是由目标的特殊结构在特定的受力作用下引起的，因此目标微动状态常常是独一无二的，反映了目标的精细特征。因此，微多普勒非常适于分析海杂波以及海面目标回波信号。具有低可观测特性的海面微动目标种类很多，根据微多普勒的定义，海面目标的微动特征表现为平动中的非匀速运动以及三轴转动(俯仰、偏航和横滚)，归纳起来可分为如下三类:1)低空掠海飞行目标，如掠海飞行的巡航导弹和飞机等，通常具有很强的机动能力，表现为非匀速运动，其回波易产生高阶相位，并且由于贴近海面飞行，使得雷达照射目标后的回波信号受海杂波影响，回波SCR低；2)高海况条件下的大目标，但由于距离远、杂波背景强等因素导致目标单元中SCR很低，例如预警雷达对舰船和航母等的远程探测和监视，船体随海面波动而绕三轴转动；3)海面快速高机动目标,如海面快艇、军舰等,其运动速度大大超过平稳运动目标，同时具有非匀速运动和三轴转动。由于目标的微动以及海杂波的非平稳变化，导致雷达在时域或频域内无法有效地积累目标能量或抑制海杂波能量。在雷达信号处理中，通常可以延长积累时间以增加目标的能量，达到提高SCR的目的，数字相控阵雷达增加了波束的驻留时间，为目标的长时间积累提供了可能性。目前，对海面微动目标的长时间相参积累主要面临以下两个方面的问题:一方面由于雷达距离分辨力的不断提高和目标的快速运动，在长时间积累时，目标回波包络在不同脉冲周期之间走动，称为距离徙动效应(Across Range Walk,ARU),使得目标能量在距离向分散，需在检测前进行回波距离徙动补偿；另一方面宽带雷达在长时间相参积累时，目标的微动(非匀加速运动或三轴转动)会引起回波相位变化，使雷达回波信号具有时变特性并表现为高阶相位形式，目标的多普勒频率将跨越多个多普勒单元，称为多普勒徙动效应(Doppler Frequency Migration, DFM),使得目标的频谱展宽，降低了相参积累增.、Mo目前，很少有能够同时补偿距离和多普勒徙动的长时间相参积累方法，并且积累增益往往受信杂(噪)比的影响，不适于复杂杂波背景环境中的信号处理。针对海面微动目标的距离徙动效应，现有的补偿方法包括包络相关法(如互相关法、最小熵法、谱峰跟踪法等)，但在低SCR情况下由于相邻回波相关性较差而无法获得较好的包络对齐效果；Keystone变换法优点在于无需知道目标的运动速度即可实现目标回波的距离走动校正，但依赖于目标回波的多普勒模糊度；Radon_傅里叶变换法(Radon-Fourier Transform, RFT)通过联合搜索参数空间中目标参数的方式解决了距离徙动与相位调制耦合的问题，但它假设目标匀速运动，无法处理微动信号。针对多普勒徙动补偿，现有的方法包括De-chirp法、Chirp-傅里叶变换法、多项式相位法和分数阶傅里叶变换法(FRactional FourierTransform, FRFT)等，但补偿性能均受估计信号长度的限制。作为傅里叶变换(FT)、Fresnel变换以及FRFT的广义形式，线性正则变换(Linear CanonicalTransform, LCT)具有3个自由参数，能够在统一的时频域上灵活地处理非平稳和时变信号，已经在滤波器设计、信号合成、时频分析、加密、通信调制等领域得到了应用。因此，采用LCT作为微动信号的分析工具，更好地反映微多普勒的变化规律，对微动信号具有良好的能量聚集性，能够补偿海面微动目标的多普勒走动，同时，通过提取距离-时间二维平面中的目标观测值，然后对该观测值进行LCT，最终实现微动目标能量的长时间积累。
技术实现思路
1.要解决的技术问题本专利技术的目的在于同时利用海面目标微动特征的幅度和相位信息，提供一种，其中要解决的技术问题包括:(I)随着积累时间的增加，低空掠海飞行目标、海面高速高机动目标以及高海况条件下海面微弱目标的回波包络移动，偏移量将跨越多个距离单元(距离徙动效应)，导致目标在距离维能量分散，降低相参积累增益；(2)随着积累时间的增加，低空掠海飞行目标、海面高速高机动目标以及高海况条件下海面微弱目标的多普勒频率走动(也称为多普勒频谱展宽)，频谱将跨越多个多普勒单元(多普勒徙动效应)，导致目标在频域能量分散，降低相参积累增益；(3)传统的长时间脉冲非相参积累方法未利用米样信号的相位信息,不能做到相参积累；(4)传统的海面目标检测方法未利用目标的俯仰、偏航和滚动等微动特征，丢失有用/[目息;(5)传统的长时间脉冲相参积累方法不能有效积累由于目标作复杂运动以及相参积累时间较长时，回波相位出现二阶或高阶项相位信号的能量。2.技术方案本专利技术所述的，其特征在于包括以下技术措施:步骤一、雷达回波距离向解调、脉压，完成脉内积累:在相参雷达接收端，将接收并经过放大和限幅处理后得到的雷达回波数据进行距离向和方位向采样，通常距离向采样间隔等于雷达距离分辨单元，方位向采样频率等于脉冲重复频率，以保证在距离向和方位向的相参积累时间中运动目标的回波能够被完整采集，对距离向的雷达回波数据进行解调和脉冲压缩处理，完成脉内积累，并存储处理后的距离-时间(方位)二维数据矩阵；步骤二、海况及探测目标类型预判:根据风速及有效浪高判断海况等级，并将雷达观测目标分为以三轴转动为主要运动方式的类型一微动目标(如三级海况以上的海面静止目标以及慢速运动目标等)和以非匀速平动为主要运动方式的类型二微动目标(如低空掠海飞行目标以及海面高速高机动目标等)，若为类型一微动目标，则根据海况及目标尺寸估计转动周期；步骤三、长时间脉间相参积累参数初始化:根据雷达系统参数、波束驻留时间和待检测的微动目标类型，确定相参积累时间、相参积累脉冲数、距离搜索范围和间隔，根据待检测的微动目标类型和本文档来自技高网...

【技术保护点】
海面微动目标Radon?线性正则变换长时间相参积累检测方法，其特征在于包括以下技术措施：步骤一、雷达回波距离向解调、脉压，完成脉内积累：在相参雷达接收端，将接收并经过放大和限幅处理后得到的雷达回波数据进行距离向和方位向采样，通常距离向采样间隔等于雷达距离分辨单元，方位向采样频率等于脉冲重复频率，以保证在距离向和方位向的相参积累时间中运动目标的回波能够被完整采集，对距离向的雷达回波数据进行解调和脉冲压缩处理，完成脉内积累，并存储处理后的距离?时间(方位)二维数据矩阵；步骤二、海况及探测目标类型预判：根据风速及有效浪高判断海况等级，并将雷达观测目标分为以三轴转动为主要运动方式的类型一微动目标(如三级海况以上的海面静止目标以及慢速运动目标等)和以非匀速平动为主要运动方式的类型二微动目标(如低空掠海飞行目标以及海面高速高机动目标等)，若为类型一微动目标，则根据海况及目标尺寸估计转动周期；步骤三、长时间脉间相参积累参数初始化：根据雷达系统参数、波束驻留时间和待检测的微动目标类型，确定相参积累时间、相参积累脉冲数、距离搜索范围和间隔，根据待检测的微动目标类型和运动状态，确定预期补偿的初速度和加速度搜索范围和间隔；步骤四、Radon?线性正则变换(Radon?Linear?Canonical?Transform，RLCT)补偿距离和多普勒徙动，完成长时间脉间相参积累：沿搜索距离、搜索初速度和搜索加速度确定的微动目标运动点迹，抽取距离?时间(方位)二维数据矩阵得到长时间相参积累所需的数据矢量，并对其进行RLCT运算，其中RLCT所需的变换参数根据步骤二预判的微动目标类型确定；步骤五、构建距离?RLCT域检测单元图，对其进行恒虚警(Constant?False?Alarm?Ratio，CFAR)检测，判决目标的有无：遍历距离、初速度和加速度的搜索范围，重复步骤三，将构建的距离?RLCT域检测单元图的幅值作为检测统计量，并与给定虚警概率下的自适应检测门限进行比较，如果检测单元的幅值高于门限值，判决为存在微动目标信号，否则判决为没有微动目标信号，继续处理后续的检测单元；步骤六、微动特征参数估计，并输出目标的运动点迹：根据目标所在的距离?RLCT域检测单元所对应的距离、初速度和加速度作为目标微动特征参数估计值，将其对应的搜索曲线作为目标的运动点迹估计。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小龙，关键，包中华，王国庆，蔡复青，刘宁波，黄勇，何友，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空工程学院，
类型：发明
国别省市：