CN106093900A - 基于部分高分辨距离像的旋转微动目标参数估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于部分高分辨距离像的旋转微动目标参数估计方法，采取的技术方案如下：第一步，雷达高分辨距离像矩阵获取；第二步，选取部分高分辨距离像；第三步，旋转微多普勒频率估计；第四步，目标旋转直径估计。本发明的有益效果在于：第一，不需要雷达对目标进行长时间观测，提高了雷达目标识别的效率；第二，能对被部分干扰的目标进行识别，提高了雷达目标识别的可靠性；第三，不需要进行大量复杂运算，仅仅利用解曲线方程的方式进行数学计算，计算量较小且过程较为便捷。

Description

基于部分高分辨距离像的旋转微动目标参数估计方法

【技术领域】

本发明属于雷达目标识别领域，具体涉及雷达微动目标特征提取技术，特别是一种利用部分高分辨距离像估计旋转微动目标参数的方法。

【背景技术】

微动是雷达探测领域一种常见现象，雷达微动目标回波包含大量目标结构和运动的细节特征，微动参数估计也成为雷达目标识别研究的热点。旋转微动是一种典型的目标微动形式，常见于直升机旋翼、涡轮发动机叶片等，其特征参数主要包括旋转微多普勒频率、旋转直径(或半径)等。

微动目标参数估计通常有RCS序列方法、时频分析方法和高分辨距离像方法等，这些参数估计方法共同特点是要求观测时间内包含一个或者多个微动周期，要求雷达观测的时间要足够长。导致的缺陷主要表现在：一是由于雷达观测实时性的要求，雷达目标回波可能并不包含一个完整的目标微动周期；二是由于噪声等因素的影响，可能导致微动回波分量部分被干扰，只有部分雷达目标信号可用于目标识别。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是：利用雷达目标部分高分辨距离像完成对旋转微动目标参数的可靠估计，本方法不仅实时性好而且估计精度高，结果可靠。

本发明采取的技术方案如下：

第一步，雷达高分辨距离像矩阵获取

利用频率步进信号合成宽带雷达发射信号s(m,n)，m∈[1,M]是第m个频率步进信号，M是总的信号个数，n∈[1,N]是单个频率步进信号中第n个子脉冲，N是总的子脉冲数。对目标回波信号进行傅里叶变换得到雷达目标高分辨距离像，将各次雷达回波信号对应的高分辨距离像按行排列形成二维雷达高分辨距离像矩阵H_A(m,n)。

第二步，选取部分高分辨距离像

选取H_A(m,n)中未被干扰的部分，然后取该部分旋转目标距离像上振幅最大的两个旋转点对应的距离像曲线L_A(m)和L_B(m)，计算两曲线差值绝对值对应的曲线L₁(m)＝|L_A(m)-L_B(m)|，|·|表示取绝对值。

第三步，旋转微多普勒频率估计

选取曲线L₁(m)上任意三点，以旋转微多普勒频率为未知数联立方程组，解方程并计算得到旋转微多普勒频率估计值

第四步，目标旋转直径估计

利用第三步中估计得到的再选取曲L₁(m)上任意二点，以旋转直径为未知数联立方程组，解方程并计算得到目标旋转直径估计值

本发明的有益效果主要包括：

第一，不需要雷达对目标进行长时间观测，提高了雷达目标识别的效率；

第二，能对被部分干扰的目标进行识别，提高了雷达目标识别的可靠性；

第三，不需要进行大量复杂运算，仅仅利用解曲线方程的方式进行数学计

算，计算量较小且过程较为便捷。

【附图说明】

图1是旋转微动目标示意图。

图2是完整目标高分辨距离像示意图。

图3是选取的部分标高分辨距离像回波示意图。

图4是旋转微多普勒频率估计结果。

图5是目标旋转直径估计结果。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作进一步的说明。步骤如下：

第一步，获取高分辨距离像对应的曲线。如图1所示，设旋转微动目标上振幅最大的两个点为A和B，其各自对应的高分辨距离像曲线表达式可表示为：

其中R₀是旋转中心O距离雷达的距离，r_A和r_B为A和B两点对应的旋转半径，f₀是雷达信号s(m,n)的起始频率，Δf是信号s(m,n)的步进值，T_R是脉冲重复周期，ω为旋转微多普勒频率，φ_m＝ωmNT_R+φ₀为旋转角度，φ₀是初始角度，为常数。

第二步，计算部分距离像对应的差值绝对值曲线。从图2中可见，虽然旋转微动目标对应的高分辨距离像包含多个微动周期，但是由于大部分被噪声干扰，常规微动参数估计方法面临困难。选取部分距离像曲线如图3所示，然后计算两曲线差值的绝对值：

L₁(m)＝|L_A(m)-L_B(m)|＝r^*sin(ω^*m+φ₀-ε)(公式二)

其中，r＝r_A+r_B为目标旋转直径，ω^*＝ωNT_R。

第三步，估计旋转微多普勒频率。以p为间隔，从L₁(m)中取三个点：L₁(m₀-p)，L₁(m₀)，L₁(m₀+p)，由下式计算每一个p值对应下的ω^*(p)：

其中m₀为m＝2,3,...,M-1中任意一点，取p∈[1,M-m₀]。再求得：

然后对ω(p)求和再取平均，可得旋转微多普勒率估计值为：

旋转微多普勒率ω(p)随着p的变化如图4所示，最后求得旋转微多普勒率估计值与真实值30.79(rad/s)相对误差为4.2％。

第四步估计旋转目标直径。从L₁(m)中取二个点：L₁(m₁)，L₁(m₁+Δm)，由下式计算每一个Δm值对应下的r(Δm)：

其中，m₁为m＝1,2,3,...,M-1中任意一点，Δm＝1,2,3,...,M-m₁。然后对r(Δm)求和再取平均，可得旋转目标直径估计值为：

旋转目标直径r(Δm)随着Δm的变化如图5所示，最后求得旋转目标直径估计值与真实值14.63m相对误差为2.9％。

Claims (5)

1.一种基于部分高分辨距离像的旋转微动目标参数估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：雷达高分辨距离像矩阵获取

利用频率步进信号合成宽带雷达发射信号s(m,n)，m∈[1,M]是第m个频率步进信号，M是总的信号个数，n∈[1,N]是单个频率步进信号中第n个子脉冲，N是总的子脉冲数；对目标回波信号进行傅里叶变换得到雷达目标高分辨距离像，将各次雷达回波信号对应的高分辨距离像按行排列形成二维雷达高分辨距离像矩阵H_A(m,n)；

步骤二：选取部分高分辨距离像

选取H_A(m,n)中未被干扰的部分，然后取该部分旋转目标距离像上振幅最大的两个旋转点对应的距离像曲线L_A(m)和L_B(m)，计算两曲线差值绝对值对应的曲线L₁(m)＝|L_A(m)-L_B(m)|，|·|表示取绝对值；

步骤三：旋转微多普勒频率估计

选取曲线L₁(m)上任意三点，以旋转微多普勒频率为未知数联立方程组，解方程并计算得到旋转微多普勒频率估计值

步骤四：目标旋转直径估计

利用第三步中估计得到的再选取曲L₁(m)上任意二点，以旋转直径为未知数联立方程组，解方程并计算得到目标旋转直径估计值

2.根据权利要求1所述的基于部分高分辨距离像的旋转微动目标参数估计方法，其特征在于：在步骤二中，设旋转微动目标上振幅最大的两个点为A和B，其各自对应的高分辨距离像曲线表达式表示为：

其中R₀是旋转中心O距离雷达的距离，r_A和r_B为A和B两点对应的旋转半径，f₀是雷达信号s(m,n)的起始频率，Δf是信号s(m,n)的步进值，T_R是脉冲重复周期，ω为旋转微多普勒频率，φ_m＝ωmNT_R+φ₀为旋转角度，φ₀是初始角度，为常数。

3.根据权利要求1所述的基于部分高分辨距离像的旋转微动目标参数估计方法，其特征在于：在步骤二中，选取部分距离像曲线，然后计算两曲线差值的绝对值：

L₁(m)＝|L_A(m)-L_B(m)|＝r^*sin(ω^*m+φ₀-ε) (公式二)

其中，r＝r_A+r_B为目标旋转直径，ω^*＝ωNT_R。

4.根据权利要求1所述的基于部分高分辨距离像的旋转微动目标参数估计方法，其特征在于：在步骤三中，以p为间隔，从L₁(m)中取三个点：L₁(m₀-p)，L₁(m₀)，L₁(m₀+p)，由下式计算每一个p值对应下的ω^*(p)：

其中m₀为m＝2,3,...,M-1中任意一点，取p∈[1,M-m₀]；再求得：

然后对ω(p)求和再取平均，得到旋转微多普勒率估计值为：

5.根据权利要求1所述的基于部分高分辨距离像的旋转微动目标参数估计方法，其特征在于：在步骤四中，从L₁(m)中取二个点：L₁(m₁)，L₁(m₁+Δm)，由下式计算每一个Δm值对应下的r(Δm)：

其中，m₁为m＝1,2,3,...,M-1中任意一点，Δm＝1,2,3,...,M-m₁；然后对r(Δm)求和再取平均，得到旋转目标直径估计值为：