CN105866761A - 基于迭代滑窗傅里叶变换的雷达慢时间维频谱构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于迭代滑窗傅里叶变换的雷达慢时间维频谱构建方法，包括以下步骤：S01、在得到第n次探测回波信号P_n(M)时，用P_n(M)替换掉上一个滑窗S_a(M,N)内最原始的探测回波信号P_a(M)，得到新的滑窗S_a+1(M,N)，其中滑窗S_a(M,N)包括N次探测回波信号，即滑窗宽度为N，每个探测回波信号包括M个距离单元，且n＞N；S02、对滑窗S_a+1(M,N)内的全部距离单元做N点傅立叶变换，得到滑窗S_a+1(M,N)的慢时间维频谱矩阵F_a+1(M,N)。本发明的基于迭代滑窗傅里叶变换的雷达慢时间维频谱构建方法具有运算速度快、频谱构建效率高等优点。

Description

基于迭代滑窗傅里叶变换的雷达慢时间维频谱构建方法

技术领域

本发明主要涉及超宽带雷达探测技术领域，特指一种基于迭代滑窗傅里叶变换的雷达慢时间维频谱构建方法。

背景技术

超宽带雷达具有很高的分辨率以及良好的障碍穿透能力，广泛地应用于灾害救援、反恐侦察等领域中。在使用超宽带雷达对隐蔽的受困人体目标(如废墟掩埋人员、被劫持人质等)进行探测时，需要积累多次探测回波信号，并在不同的距离单元构建慢时间维频谱，提取呼吸、心跳、微动等频率，以判断是否存在受困人员目标，确定受困人员位置。而目前采用传统的基于傅里叶变换获得慢时间维频谱的方法，对于每次探测回波信号均需要进行大量的计算，计算过程繁琐，费时较长。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种运算速度快、频谱构建效率高的基于迭代滑窗傅里叶变换的雷达慢时间维频谱构建方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

S01、在得到第n次探测回波信号P_n(M)时，用P_n(M)替换掉上一个滑窗S_a(M,N)内最原始的探测回波信号P_a(M)，得到新的滑窗S_a+1(M,N)，其中滑窗S_a(M,N)包括N次探测回波信号，即滑窗宽度为N，每个探测回波信号包括M个距离单元，且n＞N；

S02、对滑窗S_a+1(M,N)内的全部距离单元做N点傅立叶变换，得到滑窗S_a+1(M,N)的慢时间维频谱矩阵F_a+1(M,N)。

优选地，在步骤S02中，依次对滑窗S_a+1(M,N)的全部距离单元按照公式(1)做N点傅立叶变换，其中公式(1)为：

F_a+1(m,i)＝[F_a(m,i)-P_a(m)]*α(i)+P_n(m)*β(i) (1)

其中i＝1,2,…,N；m表示第m个距离单元；F_a(m,i)为S_a(M,N)中第m个距离单元的慢时间维频谱；P_a(m)为最原始的探测回波信号中第m个距离单元；α(N)和β(N)为矢量更新系数，

α(i)＝exp{2πj(i-1)/N},

β(i)＝exp{-2πj(i-1)(N-1)/N} (2)

其中j表示虚数单位。

优选地，在步骤S01中，将P_n(M)按照公式(3)更新滑窗S_a(M,N)内的探测回波信号，得到滑窗S_a+1(M,N)，其中公式(3)为：

P_n(M)＝P_n％N(M) (3)

其中n>N，且从N+1依次递增，％表示取余运算，N为滑窗宽度。

优选地，初始滑窗S₁(M,N)的慢时间维频谱矩阵F₁(M,N)的产生过程为：对第一次累积满的滑窗S₁(M,N)中的全部距离单元，沿着慢时间维做N点快速傅里叶变换，得到慢时间维频谱矩阵F₁(M,N)，

$F_1(m,n)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\left\{P_i\left(m\right)\exp \right\{-2\mathrm{\π}j\frac{(i-1)(n-1)}{N}\left\}\right\},n=1,2,...,N---\left(4\right).$

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的基于迭代滑窗傅里叶变换的雷达慢时间维频谱构建方法，用每次新获得的当前探测回波信号更新滑窗内最原始的探测回波信号，当前对应的慢时间维频谱则可在原有的慢时间维频谱的基础上快速进行迭代更新，从而使频谱构建效率更高。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本实施例的基于迭代滑窗傅里叶变换的超宽带雷达慢时间维频谱构建方法，包括以下步骤：

S01、在得到第n次探测回波信号P_n(M)时，用P_n(M)替换掉上一个滑窗S_a(M,N)内最原始的探测回波信号P_a(M)，得到新的滑窗S_a+1(M,N)，其中滑窗S_a(M,N)包括N次探测回波信号，即滑窗宽度为N，每个探测回波信号包括M个距离单元，且n＞N；

S02、对滑窗S_a+1(M,N)内的全部距离单元做N点傅立叶变换，得到滑窗S_a+1(M,N)的慢时间维频谱矩阵F_a+1(M,N)。

本实施例中，在步骤S02中，依次对滑窗S_a+1(M,N)的全部距离单元按照公式(1)做N点傅立叶变换，其中公式(1)为：

F_a+1(m,i)＝[F_a(m,i)-P_a(m)]*α(i)+P_n(m)*β(i) (1)

其中i＝1,2,…,N；m表示第m个距离单元；F_a(m,i)为S_a(M,N)中第m个距离单元的慢时间维频谱；P_a(m)为最原始的探测回波信号中第m个距离单元；α(N)和β(N)为矢量更新系数，

α(i)＝exp{2πj(i-1)/N},

β(i)＝exp{-2πj(i-1)(N-1)/N} (2)

其中j表示虚数单位。可以看出，当前滑窗的慢时间维频谱得到后，后续新探测回波信号对应更新后的滑窗，其慢时间维频谱即可根据上式进行快速实时迭代更新，其运算速度快，频谱构建效率高，对应的探测效率更高。

本实施例中，在步骤S01中，将P_n(M)按照公式(3)更新滑窗S_a(M,N)内的探测回波信号，得到滑窗S_a+1(M,N)，其中公式(3)为：

P_n(M)＝P_n％N(M) (3)

其中n>N，且从N+1依次递增，％表示取余运算，N为滑窗宽度。

本实施例中，初始滑窗S₁(M,N)的慢时间维频谱矩阵F₁(M,N)的产生过程为：对第一次累积满的初始滑窗S₁(M,N)中的全部距离单元，沿着慢时间维做N点快速傅里叶变换，得到慢时间维频谱矩阵F₁(M,N)，

$F_1(m,n)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\left\{P_i\left(m\right)\exp \right\{-2\mathrm{\π}j\frac{(i-1)(n-1)}{N}\left\}\right\},n=1,2,...,N---\left(4\right);$

在具体应用时，当得到第N次探测回波信号时(设定N为2的整数次幂)，滑窗积累满，用矩阵S₁(M,N)表示第一次累积满的滑窗，包含探测回波信号P₁,P₂,P₃,…,P_N；依次对S₁(M,N)中全部距离单元，沿着慢时间维做N点快速傅里叶变换，得到慢时间维频谱矩阵F₁(M,N)；

对于第N+1次探测回波信号P_N+1(M)，用P_N+1(M)替换滑窗S₁(M,N)中的探测回波信号P₁(M)，得到滑窗S₂(M,N)，包括探测回波信号P_N+1,P₂,P₃,…,P_N；

对于滑窗S₂(M,N)中第m个距离单元，按照公式(5)，计算得到距离单元m的N点傅里叶变换，构建慢时间维频谱，其中公式(5)如下：

$\begin{array}{c}{F}_2\left(m,n\right)=\underset{i=2}{\overset{N+1}{\Σ}}\left\{P_i\left(m\right)\exp \left\{-2\mathrm{\π}j\frac{\left(i-2\right)\left(n-1\right)}{N}\right\}\right\}\\ =\underset{i=2}{\overset{N}{\Σ}}\left\{P_i\left(m\right)\exp \left\{-2\mathrm{\π}j\frac{\left(i-2\right)\left(n-1\right)}{N}\right\}\right\}+P_{N+1}\left(m\right)\exp \left\{-2\mathrm{\π}j\frac{\left(N-1\right)\left(n-1\right)}{N}\right\}\\ =\[F\left(m,n\right)-P_1\left(m\right)\]\exp \left\{2\mathrm{\π}j\frac{n-1}{N}\right\}+P_{N+1}\left(m\right)\exp \left\{-2\mathrm{\π}j\frac{\left(N-1\right)\left(n-1\right)}{N}\right\},n=1,2,...,N\end{array}---\left(5\right)$

其中i＝1,2,…,N。

依次对滑窗S₂(M,N)的全部距离单元，按照公式(5)，计算每个距离单元的N点傅立叶变换，即可得到滑窗S₂(M,N)的慢时间维频谱矩阵F₂(M,N)；

当得到后续的N+2,N+3,N+4,…次探测回波时，重复上述操作，即可快速更新构建慢时间维频谱矩阵。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于迭代滑窗傅里叶变换的雷达慢时间维频谱构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、在得到第n次探测回波信号P_n(M)时，用P_n(M)替换掉上一个滑窗S_a(M,N)内最原始的探测回波信号P_a(M)，得到新的滑窗S_a+1(M,N)，其中滑窗S_a(M,N)包括N次探测回波信号，即滑窗宽度为N，每个探测回波信号包括M个距离单元，且n＞N；

S02、对滑窗S_a+1(M,N)内的全部距离单元做N点傅立叶变换，得到滑窗S_a+1(M,N)的慢时间维频谱矩阵F_a+1(M,N)。

2.根据权利要求1所述的基于迭代滑窗傅里叶变换的雷达慢时间维频谱构建方法，其特征在于，在步骤S02中，依次对滑窗S_a+1(M,N)的全部距离单元按照公式(1)做N点傅立叶变换，其中公式(1)为：

F_a+1(m,i)＝[F_a(m,i)-P_a(m)]*α(i)+P_n(m)*β(i) (1)

其中i＝1,2,…,N；m表示第m个距离单元；F_a(m,i)为S_a(M,N)中第m个距离单元的慢时间维频谱；P_a(m)为最原始的探测回波信号中第m个距离单元；α(N)和β(N)为矢量更新系数，

α(i)＝exp{2πj(i-1)/N},

β(i)＝exp{-2πj(i-1)(N-1)/N} (2)

其中j表示虚数单位。

3.根据权利要求2所述的基于迭代滑窗傅里叶变换的雷达慢时间维频谱构建方法，其特征在于，在步骤S01中，将P_n(M)按照公式(3)更新滑窗S_a(M,N)内的探测回波信号，得到滑窗S_a+1(M,N)，其中公式(3)为：

P_n(M)＝P_n％N(M) (3)

其中n>N，且从N+1依次递增，％表示取余运算，N为滑窗宽度。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的基于迭代滑窗傅里叶变换的雷达慢时间维频谱构建方法，其特征在于，初始滑窗S₁(M,N)的慢时间维频谱矩阵F₁(M,N)的产生过程为：对第一次累积满的滑窗S₁(M,N)中的全部距离单元，沿着慢时间维做N点快速傅里叶变换，得到慢时间维频谱矩阵F₁(M,N)，

$F_1(m,n)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\left\{P_i\left(m\right)\exp \right\{-2\mathrm{\π}j\frac{(i-1)(n-1)}{N}\left\}\right\},n=1,2,...,N---\left(4\right).$