CN105738872A - 基于双V-chirp抑制虚假目标的非线性处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于双V?chirp信号抑制虚假目标的非线性处理方法。技术方案是，雷达发射双V?chirp信号，两个V?chirp信号脉冲宽度相同，带宽不同；对回波信号分别利用组成双V?chirp发射信号的四个LFM求取互模糊函数，获得回波信号的四幅时延?多普勒频移图像；对四幅时延?多普勒频移图像采用非线性处理获取最终的时延?多普勒频移图像。本发明可以在不损失分辨率的前提下，有效抑制传统单V?chirp信号在多目标场景中产生的虚假目标。本发明计算简便，效果良好，便于实际应用。

Description

基于双V-chirp抑制虚假目标的非线性处理方法
技术领域
本发明属于雷达信号处理领域，涉及一种基于双V-chirp信号抑制虚假目标的非线性处理方法。
背景技术
对接收到的回波信号采用匹配滤波进行目标检测时，目标的分辨率可以利用发射信号s(t)的模糊函数χ(τ,fd)来刻画，具体表达式如下：
χ(τ,fd)＝∫s(t)s*(t-τ)exp(j2πfdt)dt
式中，τ和fd分别表示时延和多普勒频移，因此模糊函数是一幅时延-多普勒频移图像。模糊函数-3dB主瓣在时延轴上的投影称之为时延分辨率，在多普勒频移轴上的投影称之为多普勒频移分辨率。然而研究显示，自然界中利用回声检测目标的生物诸如蝙蝠、海豚一类，它们所能达到的目标分辨率(包括时延分辨率和多普勒频移分辨率)要远远高于它们所使用信号的模糊函数计算得到的分辨率，这表明这类生物对接收到的回波不是采用普通的匹配滤波这类线性处理方法，而是采用了其他一些非线性的处理方法。
V-chirp信号是指由两个具有相同带宽和脉冲宽度、相反斜率并在时延上相差一个脉冲宽度的LFM(linear frequency modulation,线性调频信号)组成的信号。该信号从蝙蝠回声定位所使用的信号调制体制(一个单频信号和一个与之具有相同脉冲宽度、斜率为负值、并在时延上相差一个脉冲宽度的LFM叠加组成的信号)启发而来，并且与之相比具有更匹配的时宽带宽积，这使得V-chirp信号两部分的相互干扰相对蝙蝠使用的信号更小，更加有利于在硬件上对V-chirp信号的这两部分进行分离。目前，许多学者利用V-chirp信号来模拟蝙蝠检测目标时使用的信号，研究蝙蝠大脑提高目标实际分辨率的机理，从而作为进一步提高雷达对目标的实际分辨率的指导。具体地，他们首先分别利用发射信号的正、负LFM部分对接收到的回波信号求取模糊函数获得两幅时延-多普勒频移图像，然后对获得的两幅图像进行非线性处理。常用的非线性处理方法有逐点相乘法以及旁瓣消隐法等(具体过程可参考文献：S.B.Rasool and M.R.Bell.Biologically Inspired Processing of Radar Waveforms for Enhanced Delay-DopplerResolution[J]IEEE Transactions on Signal Processing,2011,59(6),2698-2709.)。虽然非线性处理方法相比于线性处理方法能够提高目标的分辨率，但是当场景中有多个目标时，非线性和线性处理方法都会出现虚假目标，导致虚警的产生，并严重影响对真实目标时延和多普勒频移的估计。
发明内容
本发明的目的是：提出一种基于双V-chirp信号的非线性处理方法，有效抑制单V-chirp信号在检测多目标时出现的虚假目标。
本发明的技术方案是：一种基于双V-chirp信号抑制虚假目标的非线性处理方法，其特征在于，雷达发射双V-chirp信号，两个V-chirp信号脉冲宽度相同，带宽不同，带宽可根据实际要求确定。对接收到的回波信号进行处理，具体步骤如下：
第一步，对回波信号分别利用组成双V-chirp发射信号的四个LFM求取互模糊函数，获得回波信号的四幅时延-多普勒频移图像。
第二步，对四幅时延-多普勒频移图像采用非线性处理获取最终的时延-多普勒频移图像。
特别地，上述非线性处理采用逐点相乘法或者旁瓣消隐法实现。
本发明的有益结果是：通过发射双V-chirp信号并对回波信号进行非线性处理，可以在不损失分辨率的前提下，有效抑制传统单V-chirp信号在多目标场景中产生的虚假目标。本发明计算简便，效果良好，便于实际应用。
附图说明
图1是本发明的实现流程图；
图2是利用本发明的具体实施方式一进行仿真实验的仿真结果；
图3是利用本发明的具体实施方式二进行仿真实验的仿真结果。
具体实施方式
图1是本发明的实现流程图。对获得的双V-chirp回波信号，具体实施方式包括以下步骤：
第一步，对回波信号分别利用双V-chirp发射信号中的四个LFM求取互模糊函数，获得回波信号的四幅时延-多普勒频移图像。
记双V-chirp发射信号中的四个LFM回波部分分别为s1(t)，s2(t)，s3(t)和s4(t)，回波信号为sr(t)。则通过求取互模糊函数，得到回波信号的四幅时延-多普勒频移图像分别为：
I1(τ,fd)＝∫sr(t)s1 *(t-τ)exp(j2πfdt)dt，I2(τ,fd)＝∫sr(t)s2 *(t-τ)exp(j2πfdt)dt，
I3(τ,fd)＝∫sr(t)s3 *(t-τ)exp(j2πfdt)dt，I4(τ,fd)＝∫sr(t)s4 *(t-τ)exp(j2πfdt)dt，上式中，τ和fd分别表示时延和多普勒频移。
第二步，对四幅时延-多普勒频移图像采用非线性处理(逐点相乘法或旁瓣消隐法)获取最终的时延-多普勒频移图像。
对I1(τ,fd)，I2(τ,fd)，I3(τ,fd)和I4(τ,fd)采用非线性处理获取最终的时延-多普勒频移图像。
图2是利用本发明的具体实施方式一进行仿真实验的仿真结果，非线性处理方法采用逐点相乘法。不失一般性地，这里假设场景中有3个目标。发射信号和目标的参数设置如下：雷达的工作频率为fc＝750MHz，两对LFM信号的带宽分别为B和2B，B＝1MHz，脉冲数目为N＝500，脉冲重复频率为PRF＝5kHz，采样率为fs＝10MHz，脉冲宽度为T＝20μs；目标1的时延和多普勒频移均为0；目标2的时延为-2T/5，多普勒频移为10/T；目标3的时延为2T/5，多普勒频移为-10/T。图2(a)是现有的单V-chirp信号经过逐点相乘法处理以后生成的时延-多普勒频移图像；图2(b)是双V-chirp信号经过逐点相乘法处理以后生成的时延-多普勒频移图像。对比图2(a)和2(b)可以发现，采用逐点相乘法处理时，单V-chirp信号生成的时延-多普勒图像中产生了6个虚假目标，双V-chirp信号有效抑制了现有单V-chirp信号生成的时延-多普勒图像中产生的6个虚假目标，只留下3个真实目标。图2(c)是单V-chirp信号和双V-chirp信号在目标1处时延-多普勒频移图像-3dB主瓣面积的对比情况。其中，实线表示的封闭曲线的面积是单V-chirp信号的-3dB主瓣面积，虚线表示的封闭曲线的面积是双V-chirp信号的-3dB主瓣面积，图中横坐标表示时延，单位为“T的倍数”，纵坐标表示多普勒频移，单位为“1/T的倍数”。从图2(c)中可以看出，采用逐点相乘法处理时，双V-chirp信号提高了时延分辨率和多普勒频移分辨率。
图3是利用本发明的具体实施方式二进行仿真实验的仿真结果，非线性处理方法采用旁瓣消隐法。参数设置和图2一致。图3(a)是现有的单V-chirp信号经过旁瓣消隐法处理后生成的时延-多普勒频移图像；图3(b)是双V-chirp信号经过旁瓣消隐法处理后生成的时延-多普勒频移图像。对比图3(a)和3(b)可以发现，采用旁瓣消隐法处理时，单V-chirp信号生成的时延-多普勒图像中产生了6个虚假目标，双V-chirp信号有效抑制了现有单V-chirp信号生成的时延-多普勒图像中产生的6个虚假目标。图3(c)是两种信号在目标1处时延-多普勒频移图像-3dB主瓣面积的对比情况。其中，实线表示的封闭曲线的面积是单V-chirp信号的-3dB主瓣面积，虚线表示的封闭曲线的面积是双V-chirp信号的-3dB主瓣面积。从图3(c)中可以看出，采用旁瓣消隐法处理时，双V-chirp信号提高了时延分辨率，多普勒频移分辨率基本保持不变。

Claims (2)

1.一种基于双V-chirp信号抑制虚假目标的非线性处理方法，其特征在于，
雷达发射双V-chirp信号，两个V-chirp信号脉冲宽度相同，带宽不同；
对回波信号分别利用组成双V-chirp发射信号的四个线性调频信号求取互模糊函数，获得回波信号的四幅时延-多普勒频移图像；
对四幅时延-多普勒频移图像采用非线性处理获取最终的时延-多普勒频移图像。
2.根据权利要求1所述的基于双V-chirp信号抑制虚假目标的非线性处理方法，其特征在于，非线性处理采用逐点相乘法或者旁瓣消隐法实现。
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