CN105548968B - 一种多带Chirp在动目标检测时抑制多普勒扩展的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多带Chirp在动目标检测时抑制多普勒频散扩展的方法，包括多带Chirp信号接收系统和对其接收信号进行处理的方法。通过在MTD处理模块引入与载频fc相关的尺度变化因子am，使得不同子载波上的目标多普勒信息在MTD处理后位于相同频点，通过对其信号进行处理解决引入多带结构带来的多普勒扩展问题。该方法只需要对MTD处理核进行修改，不需要添加其他信号处理模块，因此具有较低的复杂度和灵活的可移植性。

Description

一种多带Chirp在动目标检测时抑制多普勒扩展的方法
技术领域
本发明涉及采用多带线性调频信号(Chirp信号)的动目标检测方法，具体是一种多带Chirp在动目标检测时抑制多普勒频散扩展的方法。
背景技术
多带Chirp信号除具备Chirp信号的优点外，同时还具有多载波的特性。因其具有高抗干扰性能、压缩脉冲特性以及多带分集特性，使得其能够合成高分辨距离像，在雷达通信一体化领域受到广泛关注。
常规单带Chirp信号利用动目标的多普勒信息对目标进行检测，在接收端先通过对单周期内信号进行脉冲压缩，然后在多周期内进行动目标检测(MTD)处理获得目标的距离和速度信息。而对于多带Chirp信号通常会在不同子带内在多个周期间进行单带Chirp的MTD处理，然后再对不同子带MTD处理结果进行非相干积累处理，希望通过多带分集的特性来提高目标的检测能力。但是多带Chirp在带宽较大或目标移动速度较高的情况下，由于不同子载波所产生的多普勒不一致性，会导致MTD处理后目标在多普勒维上发生移动。若对其不进行处理，直接对多带Chirp信号MTD处理结果进行非相干积累会造成目标的扩展，从而影响目标定位的准确度以及目标的积累增益。
已有一些针对多带Chirp信号进行目标检测的方法，包括最小二乘法、最大似然比法、距离像的熵值法等，但部分算法需要先验信息，同时还要考虑到带宽和运算复杂性等方面都会带来负面的影响。
发明内容
本发明针对多带Chirp信号在MTD处理后子带间非相干积累时所存在的多普勒扩展问题，提供一种多带Chirp在动目标检测时抑制多普勒频散扩展的方法，利用不同子载波多普勒不一致的特点，通过将傅立叶变换核函数进行尺度变换的方法对MTD处理核进行修改，使得不同子载波在MTD处理后目标多普勒都位于同一频点处，从而抑制了目标的扩展，同时还提高了目标检测的积累增益。该方法只需要对MTD处理核进行修改，不需要添加其他信号处理模块，因此具有较低的复杂度和灵活的可移植性。
由于多带Chirp信号，不同通道目标获得距离多普勒信息并非完全相同，尤其在大带宽或目标高速运动时，其多普勒值随载波频率的变化不能忽略不计。因此会引起MTD处理后的目标在多普勒维上发生移动。而为了提高系统的抗噪声能力，若直接采用非相干积累方法，则会造成非相干积累后目标在多普勒维上的扩展，从而影响目标的检测性能。
传统的多带Chirp信号接收系统，包括依次连接的天线、模拟下变频、A/D转换模块、通道分离模块、脉冲压缩模块、MTD处理模块、非相干处理模块、阈值检测模块。多带Chirp的发射信号可由数字合成器直接获得，再经过数模转换和模拟上变频到达接收系统的天线端，经过目标反射的回波信号经过模拟下变频和A/D转换后，通过通道分离模块可将不同子带信号分离出来，并分别在不同通道内通过脉冲压缩模块进行脉冲压缩，然后在多周期间通过MTD处理模块进行MTD处理，获得不同通道的目标距离多普勒二维信息，接着，将不同通道的目标距离多普勒二维信息通过非相干处理模块进行处理，取模求和获得非相干积累效果，最后经过阈值检测模块进行阈值检测获得积累后的目标信息。
本发明通过在MTD处理模块引入与载频fc相关的尺度变化因子am，使得不同子载波上的目标多普勒信息在MTD处理后位于相同频点，通过对其信号进行处理解决引入多带结构带来的多普勒扩展问题。
本发明一种多带Chirp在动目标检测时抑制多普勒频散扩展的方法，包括多带Chirp信号接收系统和对其接收信号进行处理的方法。
所述多带Chirp信号接收系统在接收端信号处理的具体步骤如下：
(1)设接收的多带Chirp信号为S，信号S经过模拟下变频和A/D转换为基带数字信号Sbase，对基带信号Sbase进行N点离散傅立叶变换得到Sf；接着，为了分离不同子带Chirp信号需进行通道分离，将Sf通过阻带截止频率为子带带宽B的低通滤波器可分离第一个子带Chirp信号；
(2)第二个通道需将频谱Sf向下搬移一个子带带宽B,即离散傅立叶变换结果向左移动BN/fs个频点(其中fs表示采样频率，N表示傅立叶变换点数)，再经过步骤(1)中的低通滤波器，便能够分离出第二个子带Chirp信号，其他子带Chirp信号的分离依次类推即可；
(3)将与发射信号相对应的负斜率Chirp信号N点离散傅立叶结果提前存储在寄存器里，以便步骤(4)中频域匹配的处理；
(4)在经过步骤(2)处理后，不同子带的Chirp信号得到分离，然后每个子带将进行脉冲压缩处理，而由于分离后每个通道的Chirp信号都处于同一频段，因此可以采用相同的频域匹配低通滤波器进行处理，将每个通道内的Chirp信号与步骤(3)中存储的匹配信号进行乘积处理，再将乘积后的结果进行N点离散逆傅立叶变换处理获得时域结果；
(5)经过匹配脉压，每个通道需要存储L个周期的接收数据，即要存储L×P个点，可视为一个L×P的数据矩阵，其中L通常为2n，如16、32、64、128等；
(6)为了解决多带结构引入的多普勒扩展问题，对MTD所需要调用的离散傅立叶变换函数进行修改，MTD处理实际上是对接收信号Sbase进行周期性采样得到SPRT，然后进行的傅立叶变换处理，其离散形式可表示为这里将在傅立叶变换核函数中增加尺度变换因子使得不同通道的傅立叶变换都与载频和载频增量相关，即将离散傅立叶变换中的核函数exp(-j2πkn/N)改为exp(-amj2πkn/N)；(其中f0表示发射信号的中心频率，Δf表示不同子带的载频增量，m表示第m个通道，表示向下取整)；
(7)对第m个通道的数据矩阵的P列分别进行一个尺度变换因子为am的16点离散傅立叶变换，并将结果保存在寄存器里，第m个通道的MTD结果记为Rm(τ，v)(其中m＝0，1，2...M-1；τ表示目标距离时延；v表示目标速度；
(8)将所有通道MTD处理结果进行模值平均处理(又称非相干积累)，即由于经过步骤(6)对MTD的修正，多通道MTD非相干积累结果将避免由多带结构引入的目标多普勒扩展，同时还有利于提升一定的信噪比；
(9)在非相干处理后，对距离多普勒二维数据每个距离格点和多普勒格点进行阈值搜索，阈值设为γ；
(10)最后，通过距离多普勒二维数据与阈值的比较进行目标存在判定，即当R(τ，v)＜γ时，判定为距离时延为τ且速度为v的目标不存在；反之，当R(τ0，v0)≥γ时，判定为目标存在且目标距离时延为τ0且速度为v0。
本发明提出了一种多带Chirp信号在多带MTD非相干合并处理时出现多普勒扩展问题的抑制方法。该方法将尺度变换因子am引入到接收端系统的MTD处理模块中，能够在不改变原有的系统结构的同时，通过引入尺度变换因子去除多普勒扩展，这样在不增加系统的运算复杂度条件下，有效地提高了目标的积累增益，提高了信号在低信噪比下的目标检测性能。该方法不仅适用于多带Chirp系统和OFDM系统，也适用于其他多带系统在非相干合并中遇到的多普勒扩展问题。
附图说明
图1为多带Chirp信号接收系统框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明内容作进一步的说明，但不是对本发明的限定。
参照图1，多带Chirp信号接收系统，包括依次连接的天线、模拟下变频、A/D转换模块、通道分离模块、脉冲压缩模块、MTD处理模块、非相干处理模块、阈值检测模块。多带Chirp的发射信号可由数字合成器直接获得，再经过数模转换和模拟上变频到达接收系统的天线端，经过目标反射的回波信号经过模拟下变频和A/D转换后，通过通道分离模块可将不同子带信号分离出来，并分别在不同通道内通过脉冲压缩模块进行脉冲压缩，然后在多周期间通过MTD处理模块进行MTD处理，获得不同通道的目标距离多普勒二维信息，接着，将不同通道的目标距离多普勒二维信息通过非相干处理模块进行处理，取模求和获得非相干积累效果，最后经过阈值检测模块进行阈值检测获得积累后的目标信息。
本发明通过在MTD处理模块引入与载频fc相关的尺度变化因子am，使得不同子载波上的目标多普勒信息在MTD处理后位于相同频点，通过对其信号进行处理解决引入多带结构带来的多普勒扩展问题。
本发明一种多带Chirp在动目标检测时抑制多普勒频散扩展的方法，包括多带Chirp信号接收系统和对其接收端信号进行处理的方法。
所述对多带Chirp信号接收系统接收端信号处理的具体步骤如下：
(1)设接收的多带Chirp信号为S，信号S经过模拟下变频和A/D转换为基带数字信号Sbase，对基带信号Sbase进行N点离散傅立叶变换得到Sf；接着，为了分离不同子带Chirp信号需进行通道分离，将Sf通过阻带截止频率为子带带宽B的低通滤波器可分离第一个子带Chirp信号；
(2)第二个通道需将频谱Sf向下搬移一个子带带宽B,即离散傅立叶变换结果向左移动BN/fs个频点(其中fs表示采样频率，N表示傅立叶变换点数)，再经过步骤(1)中的低通滤波器，便能够分离出第二个子带Chirp信号，其他子带Chirp信号的分离依次类推即可；
(3)将与发射信号相对应的负斜率Chirp信号N点离散傅立叶结果提前存储在寄存器里，以便步骤(4)中频域匹配的处理；
(4)在经过步骤(2)处理后，不同子带的Chirp信号得到分离，然后每个子带将进行脉冲压缩处理，而由于分离后每个通道的Chirp信号都处于同一频段，因此可以采用相同的频域匹配低通滤波器进行处理，将每个通道内的Chirp信号与步骤(3)中存储的匹配信号进行乘积处理，再将乘积后的结果进行N点离散逆傅立叶变换处理获得时域结果；
(5)经过匹配脉压，每个通道需要存储L个周期的接收数据，即要存储L×P个点，可视为一个L×P的数据矩阵，其中L通常为2n，如16、32、64、128等；
(6)为了解决多带结构引入的多普勒扩展问题，对MTD所需要调用的离散傅立叶变换函数进行修改，MTD处理实际上是对接收信号Sbase进行周期性采样得到SPRT，然后进行的傅立叶变换处理，其离散形式可表示为这里将在傅立叶变换核函数中增加尺度变换因子使得不同通道的傅立叶变换都与载频和载频增量相关，即将离散傅立叶变换中的核函数exp(-j2πkn/N)改为exp(-amj2πkn/N)；(其中f0表示发射信号的中心频率，Δf表示不同子带的载频增量，m表示第m个通道，表示向下取整)；
(7)对第m个通道的数据矩阵的P列分别进行一个尺度变换因子为am的16点离散傅立叶变换，并将结果保存在寄存器里，第m个通道的MTD结果记为Rm(τ，v)(其中m＝0，1，2...M-1；τ表示目标距离时延；v表示目标速度；
(8)将所有通道MTD处理结果进行模值平均处理(又称非相干积累)，即由于经过步骤(6)对MTD的修正，多通道MTD非相干积累结果将避免由多带结构引入的目标多普勒扩展，同时还有利于提升一定的信噪比；
(9)在非相干处理后，对距离多普勒二维数据每个距离格点和多普勒格点进行阈值搜索，阈值设为γ；
(10)最后，通过距离多普勒二维数据与阈值的比较进行目标存在判定，即当R(τ，v)＜γ时，判定为距离时延为τ且速度为v的目标不存在；反之，当R(τ0，v0)≥γ时，判定为目标存在且目标距离时延为τ0且速度为v0。

Claims (1)

1.一种多带Chirp在动目标检测时抑制多普勒频散扩展的方法，包括多带Chirp信号接收系统和对其接收端信号进行处理的方法，其特征在于：在多带Chirp信号接收系统的MTD处理模块引入与载频fc相关的尺度变化因子am，使得不同子载波上的目标多普勒信息在MTD处理后位于相同频点，通过对其信号进行处理解决引入多带结构带来的多普勒扩展问题；
所述多带Chirp信号接收系统在接收端信号处理的具体步骤如下：
(1)设接收的多带Chirp信号为S，信号S经过模拟下变频和A/D转换为基带数字信号Sbase，对基带信号Sbase进行N点离散傅立叶变换得到Sf；接着，为了分离不同子带Chirp信号需进行通道分离，将Sf通过阻带截止频率为子带带宽B的低通滤波器可分离第一个子带Chirp信号；
(2)第二个通道需将频谱Sf向下搬移一个子带带宽B,即离散傅立叶变换结果向左移动BN/fs个频点，其中fs表示采样频率，N表示傅立叶变换点数，再经过步骤(1)中的低通滤波器，便能够分离出第二个子带Chirp信号，其他子带Chirp信号的分离依次类推即可；
(3)将与发射信号相对应的负斜率Chirp信号N点离散傅立叶结果提前存储在寄存器里，以便步骤(4)中频域匹配的处理；
(4)在经过步骤(2)处理后，不同子带的Chirp信号得到分离，然后每个子带将进行脉冲压缩处理，而由于分离后每个通道的Chirp信号都处于同一频段，因此可以采用相同的频域匹配低通滤波器进行处理，将每个通道内的Chirp信号与步骤(3)中存储的匹配信号进行乘积处理，再将乘积后的结果进行N点离散逆傅立叶变换处理获得时域结果；
(5)经过匹配脉压，每个通道需要存储L个周期的接收数据，即要存储L×P个点，可视为一个L×P的数据矩阵，其中L通常为2n；
(6)为了解决多带结构引入的多普勒扩展问题，对MTD所需要调用的离散傅立叶变换函数进行修改，MTD处理实际上是对接收信号Sbase进行周期性采样得到SPRT，然后进行的傅立叶变换处理，其离散形式可表示为这里将在傅立叶变换核函数中增加尺度变换因子使得不同通道的傅立叶变换都与载频和载频增量相关，即将离散傅立叶变换中的核函数exp(-j2πkn/N)改为exp(-amj2πkn/N)；其中f0表示发射信号的中心频率，Δf表示不同子带的载频增量，m表示第m个通道，表示向下取整；
(7)对第m个通道的数据矩阵的P列分别进行一个尺度变换因子为am的16点离散傅立叶变换，并将结果保存在寄存器里，第m个通道的MTD结果记为Rm(τ，v)(其中m＝0，1，2...M-1；τ表示目标距离时延；v表示目标速度；
(8)将所有通道MTD处理结果进行模值平均处理，又称非相干积累，即由于经过步骤(6)对MTD的修正，多通道MTD非相干积累结果将避免由多带结构引入的目标多普勒扩展，同时还有利于提升一定的信噪比；
(9)在非相干处理后，对距离多普勒二维数据每个距离格点和多普勒格点进行阈值搜索，阈值设为γ；
(10)最后，通过距离多普勒二维数据与阈值的比较进行目标存在判定，即当R(τ，v)＜γ时，判定为距离时延为τ且速度为v的目标不存在；反之，当R(τ0，v0)≥γ时，判定为目标存在且目标距离时延为τ0且速度为v0。
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