CN106338721B - 基于多帧回波相参积累的空中匀速弱小目标检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于雷达技术领域，公开了基于多帧回波相参积累的空中匀速弱小目标检测方法，包括：获取T帧原始回波数据，并对其进行脉冲压缩处理得到T帧第一回波数据；截取T帧第一回波数据落在重点检测范围内的数据得到T帧第二回波数据；确定第一角度搜索范围，利用第一角度搜索范围进行角度搜索得到θ，利用θ对T帧第二回波数据进行多帧间坐标轴旋转操作得到T帧第三回波数据；利用θ对T帧第三回波数据进行相位补偿，得到T帧第四回波数据，进而拼接得到雷达回波拼接数据；利用雷达回波拼接数据进行目标检测。本发明在空中匀速运动目标雷达反射面积较小、速度较高且信噪比较低情况下，能够有效提高雷达对空中匀速弱小目标的检测性能。

Description

基于多帧回波相参积累的空中匀速弱小目标检测方法
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及雷达信号处理技术领域，具体来说是涉及基于多帧回波相参积累的空中匀速弱小目标检测方法。
背景技术
近年来，随着战场环境的复杂化，空中目标呈现高速、高机动、低雷达反射面积等趋势，从而对雷达的实时性检测提出了更高的要求。
相比于地面和海面环境，空中环境杂波较少，但空中目标回波能量较低，这使得信噪比较低成为制约雷达对空中匀速弱小目标检测的主要因素。对此，有学者提出通过对空中目标实现长时间的相参积累来提高目标能量，从而提高目标的信噪比。但由于空中目标普遍具备较高的速度，这使得在长时间的相参积累时间内，目标极易发生跨距离单元走动，进而使得目标能量分散到各个距离单元中，无法有效积累，从而制约了雷达对空中匀速运动弱小目标的检测性能。因此，在进行相参积累之前，一定要先对距离走动进行校正。
目前，现有技术中已有多种用于校正上述距离走动问题的方法，其中一种典型的方法为基于改进的坐标轴旋转的动目标检测算法。该方法通过全范围内的角度搜索来校正距离走动，之后利用单帧回波对目标进行相参积累。但该方法的一个缺陷是，当角度搜索范围较大时，相应的运算复杂度会较高，算法运行时间较长。同时，由于单帧回波所包含目标的脉冲数非常有限，因此当信噪比较低时，通过该方法对目标进行相参积累后仍然无法得到较好的检测性能。
发明内容
为此，本发明的实施例提供基于多帧回波相参积累的空中匀速弱小目标检测方法，在空中匀速运动目标雷达反射面积较小、速度较高且信噪比较低情况下，能够有效提高雷达对空中匀速弱小目标的检测性能。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种基于多帧回波相参积累的空中匀速弱小目标检测方法，应用于脉冲多普勒雷达，包括以下步骤：
步骤1，获取脉冲多普勒雷达扫描其检测区域时得到的T帧原始回波数据，对T帧原始回波数据进行脉冲压缩处理，得到T帧第一回波数据，每一帧第一回波数据包括M个脉冲，每一脉冲又包括N个距离单元，T、M和N为大于1的整数。
步骤2，确定脉冲多普勒雷达的重点检测范围；对于T帧第一回波数据中的每一帧第一回波数据，截取其落在重点检测范围内的数据，得到T帧第二回波数据，每一帧第二回波数据包括L个脉冲，每一脉冲包括N个距离单元，L表示落在脉冲多普勒雷达的重点检测范围内的脉冲个数，L为大于1的整数，L＜M；
步骤3，确定待检测目标的速度范围[v1，v2]，并根据待检测目标的速度范围[v1，v2]，确定第一角度搜索范围[θ1，θ2]；其中， fs表示脉冲多普勒雷达的采样频率，c表示光速，PRF表示脉冲重复频率，arctan()表示反正切函数；
利用第一角度搜索范围[θ1，θ2]，进行角度搜索，得到多帧间坐标轴旋转角θ；
步骤4，对于T帧第二回波数据中的每一帧第二回波数据，利用多帧间坐标轴旋转角θ对其进行多帧间坐标轴旋转操作，以校正距离走动，得到T帧第三回波数据；
步骤5，对于T帧第三回波数据中的每一帧第三回波数据，利用多帧间坐标轴旋转角θ计算得到其对应的相位补偿因式，并将该帧第三回波数据与其对应的相位补偿因式相乘，得到T帧第四回波数据；
步骤6，按照T帧原始回波数据的排列顺序，对T帧第四回波数据进行拼接，得到雷达回波拼接数据，雷达回波拼接数据包括T×L个脉冲，每一脉冲包括N个距离单元；
步骤7，对雷达回波拼接数据先进行动目标检测处理，再进行恒虚警检测处理，得到处理后的雷达回波拼接数据，所述处理后的雷达回波拼接数据为距离-多普勒域的二维数据；
判断处理后的雷达回波拼接数据在每一距离单元处的数据是否均为0；若是，则确定此次检测未发现目标；否则，确定此次检测发现目标，且目标的速度为
在本发明实施例提供的基于多帧回波相参积累的空中匀速弱小目标检测方法中，首先，对T帧原始回波数据进行脉冲压缩处理得到T帧第一回波数据，继而截取T帧第一回波数据落在重点检测范围内的数据得到T帧第二回波数据；接着，根据待检测目标的速度范围确定第一角度搜索范围，进而利用第一角度搜索范围进行角度搜索，得到多帧间坐标轴旋转角θ；进而，利用多帧间坐标轴旋转角θ对T帧第二回波数据进行多帧间坐标轴旋转操作以校正距离走动得到T帧第三回波数据，利用多帧间坐标轴旋转角θ计算得到每帧第三回波数据对应的相位补偿因式，并将每帧第三回波数据与其对应的相位补偿因式相乘，得到T帧第四回波数据，继而按照T帧原始回波数据的排列顺序对T帧第四回波数据进行拼接，得到雷达回波拼接数据；最后，根据雷达回波拼接数据进行目标检测。本发明实施例提供的基于多帧回波相参积累的空中匀速弱小目标检测方法，通过截取重点检测范围内的数据可大大减少计算量；同时，通过确定待检测目标的速度范围，进而根据待检测目标的速度范围确定第一角度搜索范围，利用第一角度搜索范围进行角度搜索，得到多帧间坐标轴旋转角，能够降低算法的运算复杂度，从而快速确定旋转角；此外，本发明实施例提供的基于多帧回波相参积累的空中匀速弱小目标检测方法联合了多帧回波数据进行相参处理，相比于现有技术中单帧相参处理的方式，能够积累更多目标回波能量，从而有效提高目标回波信噪比，提升雷达对空中匀速运动弱小目标的检测性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于多帧回波相参积累空中匀速弱小目标检测的方法的流程示意图；
图2(a)为第1帧回波数据经截取处理后得到的回波数据仿真图；
图2(b)为第2帧回波数据经截取处理后得到的回波数据仿真图；
图2(c)为第3帧回波数据经截取处理后得到的回波数据仿真图；
图3(a)为采用现有的基于改进坐标轴变换的动目标检测算法对第1帧回波数据经截取处理后得到的回波数据进行目标检测后的仿真结果图；
图3(b)为采用现有的基于改进坐标轴变换的动目标检测算法对第2帧回波数据经截取处理后得到的回波数据进行目标检测后的仿真结果图；
图3(c)为采用现有的基于改进坐标轴变换的动目标检测算法对第3帧回波数据经截取处理后得到的回波数据进行目标检测后的仿真结果图；
图4为基于第1帧、第2帧和第3帧三帧回波数据截取处理后的数据，采用本发明实施例方法进行目标检测的得到的仿真结果图；
图5为对图4所示的动目标检测处理后雷达回波数据进行恒虚警处理得到的仿真结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种基于多帧回波相参积累的空中匀速弱小目标检测方法，应用于脉冲多普勒雷达。其中，所述的弱小目标是指雷达反射面积小的目标。当然，在本发明实施例中，弱小目标并不特指雷达反射面积为某一定值的目标，而是泛指可能出现距离走动的目标。本领域技术人员可以理解，本发明实施提供的方法之所以限定目标为弱小目标，原因在于雷达反射面积较小的目标其所能反射的回波能量有限，因此在进行相参积累时弱小目标需要更多的脉冲，而脉冲数量的增多会导致距离走动现象的出现，进而使得目标能量分散到各个距离单元中，无法有效积累。
如图1所示，本发明实施例提供的基于多帧回波相参积累的空中匀速弱小目标检测方法该方法包括以下步骤：
步骤1，获取脉冲多普勒雷达扫描其检测区域时得到的T帧原始回波数据，对T帧原始回波数据进行脉冲压缩处理，得到T帧第一回波数据。
其中，T帧第一回波数据中的每一帧第一回波数据包括M个脉冲，每一脉冲又包括N个距离单元，T、M和N为大于1的整数。
步骤2，确定脉冲多普勒雷达的重点检测范围；对于T帧第一回波数据中的每一帧第一回波数据，截取其落在重点检测范围内的数据，得到T帧第二回波数据。
其中，T帧第二回波数据中的每一帧第二回波数据包括L个脉冲，每一脉冲包括N个距离单元，L表示落在脉冲多普勒雷达的重点检测范围内的脉冲个数，L为大于1的整数，L＜M。
步骤3，确定待检测目标的速度范围[v1，v2]，并根据待检测目标的速度范围[v1，v2]，确定第一角度搜索范围[θ1，θ2]；利用第一角度搜索范围[θ1，θ2]，进行角度搜索，得到多帧间坐标轴旋转角θ。
其中，fs表示脉冲多普勒雷达的采样频率，c表示光速，PRF表示脉冲重复频率，arctan()表示反正切函数。
需要说明的是，待检测目标的速度范围取决于待检测目标的具体类型。举例来说，民航客机的速度范围约为0到1000km/h，而战斗机的速度较大，速度范围约为0-3马赫，1马赫为一倍音速，大约为340.3m/s。
具体的，步骤3中，根据第一角度搜索范围[θ1，θ2]，进行角度搜索，得到多帧间坐标轴旋转角θ，包括以下子步骤：
(3a)确定速度检测精度Δv，并根据速度检测精度Δv确定第一搜索步长根据第一搜索步长Δθ1以及第一角度搜索范围[θ1，θ2]，确定W个第一待搜索角度值{θc(1)，θc(2)，…，θc(p)，…，θc(W)}；令循环次数i＝1。
其中，[·]表示取整；θc(1)表示第1个第一待搜索角度值，θc(1)＝θ1；θc(p)表示第p个第一待搜索角度值，θc(p)＝θ1+(p-1)×Δθ1，p∈{1，2，…，W-1}；θc(W)表示第W个第一待搜索角度值，θc(W)＝θ2。
(3b)对于T帧第二回波数据中的每一帧第二回波数据，利用W个第一待搜索角度值{θc(1)，θc(2)，…，θc(p)，…，θc(W)}中的第i个第一待搜索角度值θc(i)，对该帧第二回波数据进行多帧间坐标轴旋转操作，得到多帧间坐标轴旋转操作后的T帧回波数据；
对于多帧间坐标轴旋转操作后的T帧回波数据中的第q帧回波数据，计算得到其对应的相位补偿因式并将第q帧回波数据与其对应的相位补偿因式相乘，以对所述第q帧回波数据进行相位补偿，得到相位补偿后的T帧回波数据；其中，PRT表示脉冲重复时间，λ表示波长，q取1到T之间的所有整数值。
按照T帧原始回波数据的排列顺序，对相位补偿后的T帧回波数据进行拼接，得到拼接后的回波数据；
对拼接后的回波拼接数据进行动目标检测处理，得到动目标检测处理后的回波数据；根据动目标检测处理后的回波数据确定动目标检测处理后的回波数据中的最大值，并记作A(i)。
(3c)令循环次数i加1，重复执行上述步骤(3b)，直至i取W，得到{A(1)，A(2)，…，A(W)}；
确定{A(1)，A(2)，…，A(W)}中的最大值Amax(I)，进而确定该最大值Amax(I)在{A(1)，A(2)，…，A(W)}中的索引I，根据该索引I确定该最大值Amax对应的第一待搜索角度值θc(I)，I∈{1，2，…，W}；
根据第一待搜索角度值θc(I)，确定第二角度搜索范围[θc(I-1)，θc(I+1)]。
(3d)根据速度检测精度Δv，确定第二搜索步长根据第二搜索步长Δθ2以及第二角度搜索范围[θc(I-1)，θc(I+1)]，确定V个第二待搜索角度值{θz(1)，θz(2)，…，θz(x)，…，θz(V)}；令循环次数j＝1。
其中，θz(1)表示第1个第二待搜索角度值，θz(1)＝θc(I-1)；θz(x)表示第x个第二待搜索角度值，θz(x)＝θc(I-1)+(x-1)Δθ2，x∈{1，2，…，V-1}；θz(V)表示第V个第二待搜索角度值，θz(V)＝θc(I+1)。
(3e)对于T帧第二回波数据中的每一帧第二回波数据，利用V个第二待搜索角度值{θz(1)，θz(2)，…，θz(x)，…，θz(V)}中的第j个第二待搜索角度值θz(j)，对该帧第二回波数据进行多帧间坐标轴旋转操作，得到多帧间坐标轴旋转操作后的T帧回波数据；
对于多帧间坐标轴旋转操作后的T帧回波数据中的第q帧回波数据，计算得到其对应的相位补偿因式并将第q帧回波数据与其对应的相位补偿因式相乘，以对第q帧回波数据进行相位补偿，得到相位补偿后的T帧回波数据；，q取1到T之间的所有整数值；
按照T帧原始回波数据的排列顺序，对相位补偿后的T帧回波数据进行拼接，得到拼接后的回波数据；
对拼接后的回波拼接数据进行动目标检测处理，得到动目标检测处理后的回波数据；根据动目标检测处理后的回波数据确定动目标检测处理后的回波数据中的最大值，并记作B(j)。
(3f)令循环次数j加1，重复执行上述步骤(3e)，直至j取V，得到{B(1)，B(2)，…，B(V)}；
确定{B(1)，B(2)，…，B(V)}中的最大值Bmax(J)，进而确定该最大值Bmax(J)在{B(1)，B(2)，…，B(V)}中的索引J，根据该索引J确定该最大值Bmax(J)对应的第二待搜索角度值θz(J)，J∈{1，2，…，V}；
将第二待搜索角度值θz(J)确定为多帧间坐标轴旋转角θ。
在本发明实施例上述方案中，先利用速度检测精度Δv确定了一较大的搜索步长-第一搜索步长Δθ1，进而利用第一搜索步长Δθ1以及第一角度搜索范围[θ1，θ2]进行角度搜索得到第一搜索角度值θc(I)，并根据第一搜索角度值θc(I)得到第二角度搜索范围[θc(I-1)，θc(I+1)]；接着，利用速度检测精度Δv确定一较小的搜索步长-第二搜索步长Δθ2，进而利用第二搜索步长Δθ2以及第二角度搜索范围[θc(I-1)，θc(I+1)]进行角度搜索得到多帧间坐标旋转角θ。即，本发明实施例的方案采用了变步长的搜索方式，因此，相比于现有技术中采用固定小步长的方案相比，本发明实施例的方案通过变换步长的搜索，可以减少角度搜索次数，从而降低运算复杂度，提高搜索效率。
进一步的，以W个第一待搜索角度值{θc(1)，θc(2)，…，θc(p)，…，θc(W)}中的第i个第一待搜索角度值θc(i)为例，利用第i个第一待搜索角度值θc(i)，对T帧第二回波数据中的第q帧第二回波数据进行多帧间坐标轴旋转操作，具体包括如下步骤：
对于T帧第二回波数据中的第q帧第二回波数据在第m个脉冲的第n个距离单元处的数据sq(n，m)，利用其旋转前的位置(n，m)以及W个第一待搜索角度值{θc(1)，θc(2)，…，θc(p)，…，θc(W)}中的第i个第一待搜索角度值θc(i)，根据公式：计算得到对应的旋转后的位置(n1，m)；
利用旋转后的位置(n1，m)，对第q帧第二回波数据在第m个脉冲的第n个距离单元处的数据sq(n，m)进行旋转操作。
其中，Q＝n-[m-1+(q-1)(PRF×Time)]tanθc(i)，round表示四舍五入操作，Time表示脉冲多普勒雷达的扫描周期，m取1至L之间的所有整数值，n和n1取1至N之间的所有整数值。
具体来说，利用旋转后的位置(n1，m)对第q帧第二回波数据在第m个脉冲的第n个距离单元处的数据sq(n，m)进行旋转操作，即是将sq(n，m)移动至旋转后的位置(n1，m)，以在位置(n1，m)处获得轴旋转操作后的数据sq″(n1，m)，所以，简单来说，旋转操作即是令sq″(n1，m)＝sq(n，m)。
步骤4，对于T帧第二回波数据中的每一帧第二回波数据，利用多帧间坐标轴旋转角θ对其进行多帧间坐标轴旋转操作，以校正距离走动，得到T帧第三回波数据。
具体而言，步骤4具体可以包括如下子步骤：
(4a)对于T帧第二回波数据中第q帧第二回波数据在第m个脉冲的第n个距离单元处的数据sq(n，m)，利用其旋转前的位置(n，m)以及多帧间坐标轴旋转角θ，根据公式：计算得到对应的旋转后的位置(n2，m)。
其中，Q＝n-[m-1+(q-1)(PRF×Time)]tanθ，round表示四舍五入操作，Time表示脉冲多普勒雷达的扫描周期，q取1到T之间的所有整数值，m取1至L之间的所有整数值，n和n2取1至N之间的所有整数值。
其中，第q帧第二回波数据在第m个脉冲的第n个距离单元处的数据sq(n，m)的表达式具体为：
式中，A表示幅度，B表示信号带宽，v表示目标速度，PRT表示脉冲重复时间，λ表示波长，n0表示目标在第一帧回波的一个脉冲中所在的距离单元。
(4b)利用步骤(4a)中计算得到的所述旋转后的位置(n2，m)，对第q帧第二回波数据在第m个脉冲的第n个距离单元处的数据sq(n，m)进行旋转操作，得到第q帧第三回波数据在第m个脉冲的第n2个距离单元处的数据sq′(n2，m)。
即，令sq′(n2，m)＝sq(n，m)。
步骤5，对于T帧第三回波数据中的每一帧第三回波数据，利用多帧间坐标轴旋转角θ计算得到其对应的相位补偿因式，并将该帧第三回波数据与其对应的相位补偿因式相乘，得到T帧第四回波数据。
具体的，以T帧第三回波数据中的第q帧第三回波数据为例，第q帧第三回波数据对应的相位补偿因式的表达式为：
式中，PRT表示脉冲重复时间，λ表示波长，q取1到T之间的任意整数值。
步骤6，按照T帧原始回波数据的排列顺序，对T帧第四回波数据进行拼接，得到雷达回波拼接数据。
其中，雷达回波拼接数据包括T×L个脉冲，每一脉冲包括N个距离单元。
步骤7，对雷达回波拼接数据先进行动目标检测处理，再进行恒虚警检测处理，得到处理后的雷达回波拼接数据；判断处理后的雷达回波拼接数据在每一距离单元处的数据是否均为0；若是，则确定此次检测未发现目标；否则，确定此次检测发现目标，且目标的速度为
其中，目标检测处理及恒虚警检测处理属于本领域技术人员所熟知的常规操作，具体操作方法可参考已有相关文献，此处不再赘述。本领域技术人员可以理解的是，经动目标检测处理及恒虚警检测处理后的雷达回波拼接数据为距离-多普勒域的二维数据，因此步骤7中判断处理后的雷达回波拼接数据在其中某一距离单元处的数据是否均为0，是指判断其在该距离单元处的每一多普勒频率处的数据是否为0。
在本发明实施例提供的基于多帧回波相参积累的空中匀速弱小目标检测方法中，首先，对T帧原始回波数据进行脉冲压缩处理得到T帧第一回波数据，继而截取T帧第一回波数据落在重点检测范围内的数据得到T帧第二回波数据；接着，根据待检测目标的速度范围确定第一角度搜索范围，进而利用第一角度搜索范围进行角度搜索，得到多帧间坐标轴旋转角θ；进而，利用多帧间坐标轴旋转角θ对T帧第二回波数据进行多帧间坐标轴旋转操作以校正距离走动得到T帧第三回波数据，利用多帧间坐标轴旋转角θ计算得到每帧第三回波数据对应的相位补偿因式，并将每帧第三回波数据与其对应的相位补偿因式相乘，得到T帧第四回波数据，继而按照T帧原始回波数据的排列顺序对T帧第四回波数据进行拼接，得到雷达回波拼接数据；最后，根据雷达回波拼接数据进行目标检测。本发明实施例提供的基于多帧回波相参积累的空中匀速弱小目标检测方法，通过截取重点检测范围内的数据可大大减少计算量；同时，通过确定待检测目标的速度范围，进而根据待检测目标的速度范围确定第一角度搜索范围，利用第一角度搜索范围进行角度搜索，得到多帧间坐标轴旋转角，能够降低算法的运算复杂度，从而快速确定旋转角；此外，本发明实施例提供的基于多帧回波相参积累的空中匀速弱小目标检测方法联合了多帧回波数据进行相参处理，相比于现有技术中单帧相参处理的方式，能够积累更多目标回波能量，从而有效提高目标回波信噪比，提升雷达对空中匀速运动弱小目标的检测性能。
以下通过仿真实验对本发明效果作进一步验证说明：
(一)仿真实验数据设置
本仿真实验中采用脉冲多普勒雷达机械扫描系统，实验数据为仿真脉冲多普勒雷达对空中目标进行扫描得到3帧回波，回波中包含1个弱小目标和若干噪声，雷达的载波频率为150MHz，带宽为30MHz，采样率为60Hz，脉冲重复频率为3000Hz，脉冲宽度为2μs，目标的速度为600m/s，目标的初始距离为200km，每帧经过截取处理的脉冲压缩回波数据包含400个脉冲，目标的信噪比为-25dB，待测目标的速度范围给定为[500m/s，700m/s]，速度检测精度为1m/s。
(二)仿真实验内容及结果分析
实验一：采用现有的基于改进坐标轴变换的动目标检测算法，分别对第1帧、第2帧和第3帧数据进行动目标检测，计算操作后的信噪比；利用第1帧、第2帧和第3帧三帧数据，采用本发明实施例方法进行动目标检测，计算操作后的信噪比。
图2(a)-2(c)所示分别为第1-3帧回波数据经截取处理后得到的回波数据的仿真图。
采用现有的基于改进坐标轴变换的动目标检测算法，分别对第1帧、第2帧和第3帧数据经截取处理后的回波数据进行目标检测后得到的检测结果分别如图3(a)-3(c)所示。其中，第1帧数据进行基于改进的坐标轴旋转的动目标检测后的信噪比为24.8448dB，第2帧数据进行基于改进的坐标轴旋转的动目标检测后的信噪比为24.9145dB，第3帧数据进行基于改进的坐标轴旋转的动目标检测后的信噪比为24.3942dB。
利用第1帧、第2帧和第3帧三帧回波数据截取处理后的数据，采用本发明实施例方法进行目标检测的检测结果如图4所示，进行动目标检测后的信噪比为29.1762dB。
通过信噪比的比较，容易得出，使用本发明实施例方法后得到的信噪比较现有的基于改进坐标轴旋转的动目标检测算法后得到的信噪比高4dB左右，这说明本发明实施例提供的方法可以得到更好的信噪比，提升了雷达的检测性能。
实验二：对图4所示检测结果进行恒虚警检测，分析结果。
图5所示维经过恒虚警检测后的结果图，观察图5，可以看出，目标可以被明显的检测出(图5中方框内两个白点所在的距离单元即为目标所在的距离单元，两个白点间的中间位置即为目标的多普勒频率)，这说明本发明实施例方法能够实现对空中匀速运动弱小目标的检测。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于多帧回波相参积累的空中匀速弱小目标检测方法，应用于脉冲多普勒雷达，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，获取所述脉冲多普勒雷达扫描其检测区域时得到的T帧原始回波数据，对所述T帧原始回波数据进行脉冲压缩处理，得到T帧第一回波数据，每一帧第一回波数据包括M个脉冲，每一脉冲又包括N个距离单元，T、M和N为大于1的整数；
步骤2，确定所述脉冲多普勒雷达的重点检测范围；对于所述T帧第一回波数据中的每一帧第一回波数据，截取其落在所述重点检测范围内的数据，得到T帧第二回波数据，每一帧第二回波数据包括L个脉冲，每一脉冲包括N个距离单元，L表示落在脉冲多普勒雷达的重点检测范围内的脉冲个数，L为大于1的整数，L＜M；
步骤3，确定待检测目标的速度范围[v1,v2]，并根据所述待检测目标的速度范围[v1,v2]，确定第一角度搜索范围[θ1,θ2]；其中，fs表示所述脉冲多普勒雷达的采样频率，c表示光速，PRF表示脉冲重复频率，arctan()表示反正切函数；
利用所述第一角度搜索范围[θ1,θ2]，进行角度搜索，得到多帧间坐标轴旋转角θ；
步骤4，对于所述T帧第二回波数据中的每一帧第二回波数据，利用所述多帧间坐标轴旋转角θ对其进行多帧间坐标轴旋转操作，以校正距离走动，得到T帧第三回波数据；
步骤5，对于所述T帧第三回波数据中的每一帧第三回波数据，利用所述多帧间坐标轴旋转角θ计算得到其对应的相位补偿因式，并将该帧第三回波数据与其对应的相位补偿因式相乘，得到T帧第四回波数据；
步骤6，按照所述T帧原始回波数据的排列顺序，对所述T帧第四回波数据进行拼接，得到雷达回波拼接数据，所述雷达回波拼接数据包括T×L个脉冲，每一脉冲包括N个距离单元；
步骤7，对所述雷达回波拼接数据先进行动目标检测处理，再进行恒虚警检测处理，得到处理后的雷达回波拼接数据，所述处理后的雷达回波拼接数据为距离-多普勒域的二维数据；
判断所述处理后的雷达回波拼接数据在每一距离单元处的数据是否均为0；若是，则确定此次检测未发现目标；否则，确定此次检测发现目标，且目标的速度为
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述根据所述第一角度搜索范围[θ1,θ2]，进行角度搜索，得到多帧间坐标轴旋转角θ，包括以下子步骤：
(3a)确定速度检测精度△v，并根据所述速度检测精度△v确定第一搜索步长
根据所述第一搜索步长△θ1以及所述第一角度搜索范围[θ1,θ2]，确定W个第一待搜索角度值{θc(1),θc(2),…,θc(p),…,θc(W)}；其中，[·]表示取整；θc(1)表示第1个第一待搜索角度值，θc(1)＝θ1；θc(p)表示第p个第一待搜索角度值，θc(p)＝θ1+(p-1)×△θ1，p∈{1,2,…,W}；θc(W)表示第W个第一待搜索角度值，θc(W)＝θ2；
令循环次数i＝1；
(3b)对于所述T帧第二回波数据中的每一帧第二回波数据，利用所述W个第一待搜索角度值{θc(1),θc(2),…,θc(p),…,θc(W)}中的第i个第一待搜索角度值θc(i)，对该帧第二回波数据进行多帧间坐标轴旋转操作，得到多帧间坐标轴旋转操作后的T帧回波数据；
对于所述多帧间坐标轴旋转操作后的T帧回波数据中的第q帧回波数据，计算得到其对应的相位补偿因式并将所述第q帧回波数据与其对应的相位补偿因式相乘，以对所述第q帧回波数据进行相位补偿，得到相位补偿后的T帧回波数据；其中，PRT表示脉冲重复时间，λ表示波长，q取1到T之间的所有整数值；
按照所述T帧原始回波数据的排列顺序，对所述相位补偿后的T帧回波数据进行拼接，得到拼接后的回波数据；
对所述拼接后的回波拼接数据进行动目标检测处理，得到动目标检测处理后的回波数据；根据动目标检测处理后的回波数据确定所述动目标检测处理后的回波数据中的最大值，并记作A(i)；
(3c)令循环次数i加1，重复执行上述步骤(3b)，直至i取W，得到{A(1),A(2),…,A(W)}；
确定{A(1),A(2),…,A(W)}中的最大值Amax(I)，进而确定该最大值Amax(I)在{A(1),A(2),…,A(W)}中的索引I，根据该索引I确定该最大值Amax对应的第一待搜索角度值θc(I)，I∈{1,2,…,W}；
根据所述第一待搜索角度值θc(I)，确定第二角度搜索范围[θc(I-1),θc(I+1)]；
(3d)根据所述速度检测精度△v，确定第二搜索步长
根据所述第二搜索步长△θ2以及所述第二角度搜索范围[θc(I-1),θc(I+1)]，确定V个第二待搜索角度值{θz(1),θz(2),...,θz(x),...,θz(V)}；其中，θz(1)表示第1个第二待搜索角度值，θz(1)＝θc(I-1)；θz(x)表示第x个第二待搜索角度值，θz(x)＝θc(I-1)+(x-1)△θ2，x∈{1,2,…,V-1}；θz(V)表示第V个第二待搜索角度值，θz(V)＝θc(I+1)；
令循环次数j＝1；
(3e)对于所述T帧第二回波数据中的每一帧第二回波数据，利用所述V个第二待搜索角度值{θz(1),θz(2),...,θz(x),...,θz(V)}中的第j个第二待搜索角度值θz(j)，对该帧第二回波数据进行多帧间坐标轴旋转操，得到多帧间坐标轴旋转操作后的T帧回波数据；
对于所述多帧间坐标轴旋转操作后的T帧回波数据中的第q帧回波数据，计算得到其对应的相位补偿因式并将所述第q帧回波数据与其对应的相位补偿因式相乘，以对所述第q帧回波数据进行相位补偿，得到相位补偿后的T帧回波数据，q取1到T之间的所有整数值；Time表示所述脉冲多普勒雷达的扫描周期；
按照所述T帧原始回波数据的排列顺序，对所述相位补偿后的T帧回波数据进行拼接，得到拼接后的回波数据；
对所述拼接后的回波拼接数据进行动目标检测处理，得到动目标检测处理后的回波数据；根据动目标检测处理后的回波数据确定所述动目标检测处理后的回波数据中的最大值，并记作B(j)；
(3f)令循环次数j加1，重复执行上述步骤(3e)，直至j取V，得到{B(1),B(2),…,B(V)}；
确定{B(1),B(2),…,B(V)}中的最大值Bmax(J)，进而确定该最大值Bmax(J)在{B(1),B(2),…,B(V)}中的索引J，根据该索引J确定该最大值Bmax(J)对应的第二待搜索角度值θz(J)，J∈{1,2,…,V}；
将所述第二待搜索角度值θz(J)确定为多帧间坐标轴旋转角θ。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用所述W个第一待搜索角度值{θc(1),θc(2),…,θc(p),…,θc(W)}中的第i个第一待搜索角度值θc(i)，对所述T帧第二回波数据中的第q帧第二回波数据进行多帧间坐标轴旋转操作，包括：
对于所述T帧第二回波数据中的第q帧第二回波数据在第m个脉冲的第n个距离单元处的数据sq(n,m)，利用其旋转前的位置(n,m)以及所述W个第一待搜索角度值{θc(1),θc(2),…,θc(p),…,θc(W)}中的第i个第一待搜索角度值θc(i)，根据公式：计算得到对应的旋转后的位置(n1,m)；其中，Q＝n-[m-1+(q-1)(PRF×Time)]tanθc(i)，round表示四舍五入操作，Time表示所述脉冲多普勒雷达的扫描周期，m取1至L之间的所有整数值，n和n1取1至N之间的所有整数值；
利用所述旋转后的位置(n1,m)，对所述第q帧第二回波数据在第m个脉冲的第n个距离单元处的数据sq(n,m)进行旋转操作。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4具体包括如下子步骤：
(4a)对于所述T帧第二回波数据中第q帧第二回波数据在第m个脉冲的第n个距离单元处的数据sq(n,m)，利用其旋转前的位置(n,m)以及所述多帧间坐标轴旋转角θ，根据公式：计算得到对应的旋转后的位置(n2,m)；其中，Q＝n-[m-1+(q-1)(PRF×Time)]tanθ，round表示四舍五入操作，Time表示所述脉冲多普勒雷达的扫描周期，q取1到T之间的所有整数值，m取1至L之间的所有整数值，n和n2取1至N之间的所有整数值；
(4b)利用步骤(4a)中计算得到的所述旋转后的位置(n2,m)，对所述第q帧第二回波数据在第m个脉冲的第n个距离单元处的数据sq(n,m)进行旋转操作，得到第q帧第三回波数据在第m个脉冲的第n2个距离单元处的数据sq'(n2,m)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第q帧第二回波数据在第m个脉冲的第n个距离单元处的数据sq(n,m)的表达式为：
式中，A表示幅度，B表示信号带宽，v表示目标速度，PRT表示脉冲重复时间，λ表示波长，n0表示目标在第一帧回波的一个脉冲中所在的距离单元。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述T帧第三回波数据中的第q帧第三回波数据对应的相位补偿因式的表达式为：式中，PRT表示脉冲重复时间，λ表示波长，q取1到T之间的任意整数值。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107390204B (zh) * 2017-06-30 2019-11-05 四川九洲防控科技有限责任公司 一种运动目标探测方法、探测设备及移动探测系统
CN108318866B (zh) * 2018-01-22 2021-10-08 西安电子科技大学 基于多帧回波联合积累的海杂波抑制方法
WO2019234752A1 (en) * 2018-06-06 2019-12-12 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Method and system for detecting objects
CN109061589B (zh) * 2018-07-06 2022-08-26 西安电子科技大学 随机跳频雷达的目标运动参数估计方法
CN110376563B (zh) * 2018-07-27 2023-01-06 西安电子科技大学 基于gps辐射源的雷达运动目标检测方法
CN109597060B (zh) * 2018-12-07 2021-06-25 北京敏视达雷达有限公司 一种雷达测速方法及装置
JP7317530B2 (ja) * 2019-03-14 2023-07-31 株式会社東芝 距離計測装置、距離計測方法、及び信号処理方法
CN112703421B (zh) * 2019-05-24 2021-12-03 华为技术有限公司 回波信号处理方法、装置、系统及存储介质
CN110703217B (zh) * 2019-08-28 2021-08-24 西安电子科技大学 一种基于自相关坐标轴旋转的线性调频信号检测方法及系统
CN112180340B (zh) * 2020-09-29 2023-04-18 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 一种基于多普勒速度补偿的海面目标帧间积累方法
CN113687358A (zh) * 2021-08-25 2021-11-23 深圳市万集科技有限公司 目标物体的识别方法、装置、电子设备及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5414428A (en) * 1993-08-06 1995-05-09 Martin Marietta Corp. Radar system with pulse compression and range sidelobe suppression preceding doppler filtering
CN103176178A (zh) * 2013-02-04 2013-06-26 中国人民解放军海军航空工程学院 雷达动目标Radon-分数阶傅里叶变换长时间相参积累检测方法
CN103630899A (zh) * 2013-03-29 2014-03-12 中国科学院电子学研究所 地面运动目标高分辨雷达压缩感知成像的方法
CN105158742A (zh) * 2015-07-29 2015-12-16 成都天奥信息科技有限公司 一种脉压导航雷达目标检测方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006226779A (ja) * 2005-02-16 2006-08-31 Toshiba Corp レーダ装置
US7248207B2 (en) * 2005-03-29 2007-07-24 Information Systems Laboratories, Inc. System and method for sidelobe reduction using point spread function expansion

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5414428A (en) * 1993-08-06 1995-05-09 Martin Marietta Corp. Radar system with pulse compression and range sidelobe suppression preceding doppler filtering
CN103176178A (zh) * 2013-02-04 2013-06-26 中国人民解放军海军航空工程学院 雷达动目标Radon-分数阶傅里叶变换长时间相参积累检测方法
CN103630899A (zh) * 2013-03-29 2014-03-12 中国科学院电子学研究所 地面运动目标高分辨雷达压缩感知成像的方法
CN105158742A (zh) * 2015-07-29 2015-12-16 成都天奥信息科技有限公司 一种脉压导航雷达目标检测方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A New Method for Radar High-Speed Maneuvering Weak Target Detection and Imaging";Shengqi Zhu 等;《IEEE GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING LETTERS》;20140731;第11卷(第7期);第1175-1179页
"Axis rotation MTD algorithm for weak target detection";Xuan Rao 等;《Digital Signal Processing》;20141231;第81-86页
"弱小目标的长时间积累检测及DSP实现";李艳艳;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20110715(第07期);全文

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